روانکار‌های مناسب برای انتقال دهنده‌های اتوماتیک خودرو در کاربرد‌های مختلف استفاده می‌شوند که بخش عمده‌ی آن انتقال دهنده اتوماتیک در خورو‌های سواری، اتوبوس یا وسایل نقلیه تجاری سنگین و وسایل نقلیه آفرود است. بهبود طراحی‌های انتقال دهنده‌های اتوماتیک همزمان با نیاز بازار به منظور کاهش مصرف سوخت و انتشار گاز‌های مضر موجب شد تا روانکار‌های جدید با خواص بهبود یافته با طول عمر تعویض طولانی‌تر تولید شوند.

۱. انواع انتقال دهنده خودرو و ساختار:

برای مقایسه‌ی سیال‌های مختلف انتقال قدرت بهتر است نحوه‌ی عملکرد هرکدام در ابتدا بررسی گردد؛ با درک اختلاف مکانیکی ابزار‌های مختلفی که برای انتقال استفاده می‌شود و بحث در اجزایی که برای ساخت روانکار‌های مختلف بکار می‌رود می‌توان به مقایسه‌ی آن‌ها پرداخت.

۱-۱. انتقال دهنده‌های اتوماتیک متداول (AT)

سیستم‌های انتقال قدرت اتوماتیک این روز‌ها تنوع بسیار زیادی دارند اما شکل سنتی آن‌ها که سال‌ها است در خودرو‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد شامل بخشی به نام مبدل گشتاور برای انتقال قدرت از موتور به جعبه دنده و یک سیستم جعبه دنده سیاره‌ای برای درگیر کردن خودکار دنده‌های مختلف است. این سیستم هر چند کارآیی خود را سال‌ها به نمایش گذاشته اما به دلیل قیمت بالا، فضای زیادی که اشغال می‌کند و البته اتلاف بخشی از انرژی در سیستم مبدل گشتاور، ضعف‌هایی در مقابل سیستم‌های انتقال قدرت دستی از خود نشان می‌دهد.

۱-۲.  انتقال دهنده‌های 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 می‌شود که مزایای جعبه دنده‌های دستی را در کنار راحتی جعبه دنده‌های اتوماتیک به صورت یک جا عرضه می‌کند در حالی که دردسر‌های تعویض دنده در جعبه دنده‌های دستی و هزینه بالای سیستم‌های اتوماتیک را ندارد.  در این نوع، اجزای مختلف سیستم انتقال قدرت دستی شامل جعبه دنده و کلاچ حفظ می‌شوند و از این جهت شباهت زیادی به سیستم‌های دستی دارند اما کنترل کارکرد این دو بخش بر عهده یک سیستم کامپیوتری است که می‌تواند بدون دخالت راننده کار کند و به این ترتیب می‌توان آن‌ها را جزء سیستم‌های اتوماتیک طبقه‌بندی کرد. در واقع می‌توان گفت سیستم های AMT انتقال دهنده‌های دستی هستند که از سروو به منظور درگیری کلاچ‌ها استفاده می‌کنند و دنده‌ها به صورت خودکار تغییر می‌کنند. از این نوع جعبه دنده‌ها بیشتر در خودرو‌های ارزان قیمت بهره می‌برند.

۱-۳.  انتقال دهنده‌های متغیر پیوسته (CVT)

در انتقال دهنده‌های اتوماتیک CVT از پولی‌هایی با قطر متغیر استفاده می‌شود که عملاً می‌توانند تغییر پیوسته‌ای در نسبت دنده‌ها ایجاد کنند (مفهوم نسبت دنده بینهایت از همینجا سرچشمه می‌گیرد). در جعبه دنده های CVT کلیه‌ی چرخ دنده‌ها حذف شده و به جای آن یک پولی به محور محرک یا همان موتور و یک پولی به محور متحرک یا همان محورچرخ‌ها متصل شده و این دو پولی توسط یک تسمه به یکدیگر متصل هستند. هرکدام از این پولی‌ها دارای دو مخروط هستند که با نزدیک و دور شدن به یکدیگر باعث افزایش یا کاهش قطر پولی مورد نظر می‌شوند و در نتیجه زمانی که قطر محور محرک کوچک می‌شود قطر محور متحرک بزرگ می‌شود و بالعکس. در چنین شرایطی متوجه خواهیم شد که با تغییر قطر دو پولی، در هر لحظه ضریب دنده تغییر می‌کند و از همین رو می‌توان 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 می‌شود. هزینه نگهداری این نوع جعبه دنده‌ها نسبتاً بالا است و نیاز به استفاده از روغن‌های 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 نمی‌دهند برای رانندگان اسپرت دلچسب نیستند.  این نوع جعبه دنده‌ها 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 می‌کند.

۱-۴. انتقال دهنده‌های با کلاچ دوگانه DCT

انتقال دهنده‌ی اتوماتیک DCT از ساختار جعبه دنده دستی با دو کلاچ استفاده می‌کنند. جعبه دنده‌های دو کلاچه نوع جدیدی از جعبه دنده‌ها هستند که به صورت نیمه خودکار عمل می‌کنند. در سیستم جعبه دنده دو کلاچه یاDCT ، از دو کلاچ مستقل برای اتصال و قطع نیرو استفاده می‌شود؛ یکی از کلاچ‌های بکار رفته در این سیستم وظیفه درگیر شدن با چرخ دنده‌های فرد جعبه دنده را به عهده دارد و دیگری چرخ دنده‌های زوج جعبه دنده را کنترل می‌کند. به طور کلی می‌توان گفت سیستم‌های جعبه دنده دوکلاچه یا DCT به جعبه دنده‌های دستی شبیه‌تر هستند با این تفاوت که در جعبه دنده‌های 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 می‌شوند و اجازه نمی‌دهند جریان نیروی منتقل شده به چرخ متوقف شود؛ از همین رو در خودرو‌هایی که از جعبه دنده دو کلاچه بهره می‌برند پدال کلاچ مشاهده نمی‌شود. در سیستم‌های  DCT علاوه بر تعویض دنده‌ی سریع و اتوماتیک، امکان تغییر آن به حالت نیمه خودکار هم وجود دارد تا مانند بازی‌های ویدئویی با فشار اهر م‌های پشت فرمان به راحتی دنده تعویض شود. میانگین تعویض دنده حدود ۸ میلی ثانیه است که از هر نوع دیگر جعبه دنده سریع‌تر است. شتاب‌گیری با خودرو‌های مجهز به DCT بسیار لذت بخش و بدون تکان شدید است که سواری را برای سرنشینان، راحت‌تر می‌کند. اما شاید جذاب‌ترین مزیت آن برای خریداران خودرو، مصرف سوخت بهینه‌تر 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 می‌کند.

دو نوع سیستم DCT وجود دارد:

DCT خشک:  در مواردی استفاده می‌شود که میزان گشتاور تا ۲۵۰ نیوتن – متر محدود شده است.

DCT غوطه ور (تَر):  این سیستم‌ها 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 مسأله بسیار مهمی است از این سیستم‌ها استفاده می‌شود.

۲. مروری بر ویژگی سیال‌های متفاوت انتقال و استاندارد‌های آن‌ها:

در ادامه به ویژگی‌های مورد نیاز سیال‌های ذکر شده در انواع سیستم‌های انتقال می‌پردازیم.

۲-۱. سیال‌های انتقال دهنده دستی:

مشخصه مهم این سیال محافظت از بلبیرینگ و دنده بعلاوه ارائه خواص ضد سایشی برای هماهنگ‌کننده‌های دور است. محافظت دنده و بلبیرینگ در برابر سایش، با توازن مواد افزودنی ضد سایش و ضد فشار به دست می‌آید. به طریق مشابه، میزان مناسب و متوازنی از مواد افزودنی اصلاح‌کننده خواص اصطکاکی می‌تواند نیاز‌های اصطکاکی هماهنگ‌کننده‌های دور را به وجود آورد.  از آنجا که مکانیزم‌های مختلف سایش و اصطکاک موجود در جعبه دنده باعث افت قدرت کشش خودرو می‌شوند بسیاری از طراحان سیستم‌های جعبه دنده به سیالات با ویسکوزیته پایین‌تر روی آورده‌اند. طبیعی است کاهش ویسکوزیته سیال، موجب کاهش ضخامت لایه روانکار می‌گردد که این امر نقش مواد افزودنی خاص با کارایی بالاتر برای حفظ دنده‌ها و یاتاقان‌ها در برابر استهلاک و فرسودگی ناشی از سایش را برجسته‌تر می‌کند.


۲-۲. سیال‌های دنده اتوماتیک متداول:

سیالات ویژه دنده‌های اتوماتیک سیاره‌ای از پیچیده‌ترین انواع سیالات دنده محسوب می‌شوند. در مبدل گشتاور باید نیرو را انتقال دهند، نقش سیال هیدرولیک را بازی کنند، برای دنده‌ها، یاتاقان‌ها و کلاچ‌های‌تر 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 دنده‌ها سازگاری داشته باشند. همه این ویژگی‌ها باید در محدوده بسیار وسیع دمایی از ۴۰ تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد بخوبی حفظ شوند.

۲-۳. سیال‌های انتقال دهنده کلاچ‌های دوگانه (DCT)

این سیال‌ها نیاز به عملکرد ترکیبی دارند در واقع آن‌ها علاوه برآنکه برای استفاده در دنده‌های دستی و هماهنگ‌کننده دور مناسب هستند باید در کلاچ‌های غوطه ور نوعAT  نیز نقش خود را به خوبی ایفا کنند. به عبارت دیگر این سیالات باید کلیه ویژگی‌های سیستم‌های دستی و اتوماتیک را همزمان دارا باشند. فرمولاسیون سیال های DCT باید بتواند بخوبی از کلاچ‌ها 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 (۲ میلیون تغییر دنده) داشته باشد. هماهنگ‌کننده‌های دور نیز، در صورت عملکرد اصطکاکی مناسب سیال‌های انتقال می‌توانند عملکرد بسیار نرمی بدون لغزش یا شوک داشته باشند.

۲-۴.  سیال‌های انتقال دهنده تغییر پیوسته (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 سخت‌تری دارد و سیال CVT باید از نظر قدرت محافظت در برابر سایش قوی‌تر بوده و از پایداری برشی بسیار خوبی برخوردار باشد . ویژگی‌های کلی سیال انتقال نیروی پیوسته متغیر با سیال ATF متفاوت است.  در این سیستم، سیال علاوه بر تأمین نیازمندی‌های 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 پاک‌کننده‌های فلزی، پخش‌کننده‌های بدون خاکستر، ترکیبات کاهش دهنده اثر فشار، کاهش دهنده اصطکاک و بهبود دهنده گرانروی تشکیل شده است.

۲-۵. استاندارد‌ها

به طور کلی سطوح کیفیت و کارایی سیالات انتقال اتوماتیک و مشخصات عملکردی آن‌ها توسط استاندارد‌های طراحان و سازندگان انتقال دهنده‌های اتوماتیک یا وسایل نقلیه تعیین می‌گردد. این استاندارد‌ها مراحل صدور تأییدیه برای کاربرد‌های مختلف را نیز تعیین می‌کنند.  طراحی‌های ویژه‌ی انتقال دهنده‌های اتوماتیک خودرو باعث تفاوت میان استاندارد سازنده‌های مختلف است. بین استاندارد‌های انجمنهای سازندگان خودرو اروپایی (OEM) و آمریکایی نیز تفاوت وجود دارد.  سازندگان آمریکایی انتقال دهنده‌های اتوماتیک خودرو تأکید بر کیفیت روانکار در خودرو‌های سواری دارند در حالی که سازندگان اروپایی روانکار‌هایی با کیفیت بالا برای انتقال دهنده‌های اتوماتیک در وسایل نقلیه تجاری تولید می‌کنند.  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 ویژگی‌های عملکرد ATF را پوشش می‌دهند. به طور کلی این استاندارد‌ها به دو دسته‌ی «پرشدن در کارخانه» و «تعویض به هنگام سرویس» تقسیم می‌شوند. در مقاله حاضر فقط ویژگی های تعویض سرویس مورد بررسی قرار می‌گیرد.

ZF و Voith تأییدیه‌هایی برای سیال‌هایی با کاربرد خاص ارائه داده‌اند. اما برای ماشین‌های سواری، هر دو شرکت ZF و Voith گواهی DEXRON و یا MERCON را بعلاوه ویژگی‌های مورد نیاز برای پایداری برشی ویسکوزیته و سایش الزامی دانسته‌اند. از سوی دیگر در حال حاضر اکثر سازنده‌های خودرو‌های اروپایی مصمم به استفاده ازسیستم های DCT و CVT هستند.  بطور مثال از شرکت‌هایی که در حال تست انواع CVT هستند می‌توان به BMW، Fiat، Ford، Honda، Nissan، Mercedes-Benz، Mitsubishi، Rover، Renault، Toyota Volvo، VW و ... اشاره نمود.

برای این سیال‌ها مشخصات رایج و عمومی وجود ندارد اما در جدول شماره ۴ مشخصات متداول برای یک سیال CVT ارائه گردیده است.

3. فرمولاسیون سیالات انتقال اتوماتیک

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

منابع:

1. Effects of base components on automatic transmission fluid reological characteristic , Tonca Caleta Prolic, Renata Petek Grahovac,
Strucni rad/Professional Paper, 2008, 299-318.
2. Synthetics, Mineral Oils, and Bio-Based Lubricants handbook, Leslie R. Rudnick,page 457,2013.
3. Developments in Lubricant Technology handbook, S. P. Srivastava, Chapter 11 ,Page 179,2014.
4.Automatic transmission and driveline fluids, SAE Technical Paper 2007, Newcomb. T, Tipton. C, and inc, T.-C. ,2007.