Gearhead 101にようこそ。これは、自動車の新人のために車がどのように機能するかについての基本に関するシリーズです。
Gearhead 101をフォローしている場合は、自動車のエンジンがどのように機能するか、エンジンが駆動列を介して生成した動力をどのように伝達するか、手動変速機がエンジンと駆動列の間の一種の動力交換機としてどのように機能するかを知っています。
しかし、最近のほとんどの人（少なくとも米国に住んでいる場合）は、自動で車を運転しています。 トランスミッション。アクセルペダルやブレーキを踏む以外に何もしなくても、どのようにして車を適切なギアにシフトできるのか疑問に思ったことはありませんか？
さて、あなたのお尻を握ってください。人類の歴史の中で最も驚くべき機械（および流体）工学の1つであるオートマチックトランスミッションについて説明します。
（まじめな話、私は誇張していません。オートマチックトランスミッションがどのように機能するかを理解すると、人々がコンピューターなしでこのことを思い付くことができたことに驚かれることでしょう。）
オートマチックトランスミッションの仕組みについて詳しく説明する前に、まず、車両にあらゆる種類のトランスミッションが必要な理由を簡単に確認しましょう。
車のエンジンがどのように機能するかについての入門書で説明したように、あなたの車のエンジンは回転力を生み出します。車を動かすには、その回転力を車輪に伝達する必要があります。それが、トランスミッションが含まれている車の駆動列が行うことです。
しかし、ここに問題があります。エンジンは、効率的に動作するために特定の速度内でしか回転できません。回転が低すぎると、停止状態から車を動かすことができなくなります。回転が速すぎると、エンジンが自己破壊する可能性があります。
必要なのは、必要なときにエンジンによって生成される電力を増やす（停止状態から開始する、丘を登るなど）だけでなく、必要のないときにエンジンから送信される電力量を減らす方法です（下り坂になり、本当に速く進み、ブレーキをかけます。
トランスミッションを入力してください。
トランスミッションは、エンジンが最適な速度で回転することを保証します（遅すぎたり速すぎたりしない）と同時に、状況に関係なく、車の移動と停止に必要な適切な量のパワーをホイールに提供します。エンジンと残りの駆動列の間で、車のパワースイッチボードのように機能します。
以前、マニュアルトランスミッションがギア比を介してこれをどのように達成するかについて詳しく説明しました。異なるサイズのギアを相互に接続することにより、エンジンの回転力の速度をそれほど変更することなく、車の残りの部分に供給されるパワーの量を増やすことができます。ギア比の概念をまだ理解していない場合は、先に進む前に、前回含めたビデオをご覧になることをお勧めします。この概念を理解しない限り、他に何も意味がありません。
マニュアルトランスミッションでは、クラッチを押してギアを所定の位置にシフトすることにより、どのギアを噛み合わせるかを制御します。
オートマチックトランスミッションでは、ガスやブレーキペダルを踏む以外に何もしなくても、優れたエンジニアリングによってどのギアが噛み合っているかが判断されます。それは自動車の魔法です。
したがって、これまでに、トランスミッションの目的の基本を理解している必要があります。これにより、エンジンが最適な速度（遅すぎたり速すぎたりしない）で回転すると同時に、ホイールに適切な量の動力を供給して、車、状況に関係なく。
オートマチックトランスミッションの場合にこれを可能にする部品を見てみましょう：
トランスミッションケーシング
トランスミッションケーシングは、トランスミッションのすべての部品を収納します。ベルのように見えるので、「ベルケーシング」と呼ばれることがよくあります。トランスミッションケーシングは通常、アルミニウム製です。トランスミッションのすべての可動ギアを保護することに加えて、現代の車のベルケーシングには、エンジンからの入力回転速度と車の他の部分への出力回転速度を追跡するさまざまなセンサーがあります。
トルクコンバータ
なぜ車のエンジンをオンにできるのに、物事を前進させないのか疑問に思ったことはありませんか？それは、エンジンからトランスミッションへの動力の流れが遮断されているためです。この切断により、車の残りの駆動列に電力が供給されていなくても、エンジンは稼働し続けることができます。マニュアルトランスミッションでは、クラッチを押してエンジンからドライブトレインへの電源を切断します。
しかし、クラッチのないオートマチックトランスミッションで、エンジンから残りの駆動列への電力をどのように切断しますか？
もちろん、トルクコンバーター付き。
ここからオートマチックトランスミッションの黒魔術が始まります（まだ遊星歯車には到達していません）。
トルクコンバーターはエンジンとトランスミッションの間にあります。トランスミッションのベルケースの大きな開口部の中にあるドーナツのようなものです。トルクの伝達に関して、2つの主要な機能があります。
トランスミッション内のトランスミッションフルードによって提供される油圧のおかげで、これら2つの機能を実行します。
これがどのように機能するかを理解するには、トルクコンバータのさまざまな部分がどのように機能するかを知る必要があります。
トルクコンバーターの部品
最近のほとんどの車両には、トルクコンバーターの4つの主要部分があります。1）ポンプ、2）ステーター、3）タービン、4）トルクコンバータークラッチです。
1。ポンプ（別名インペラー）。 ポンプは扇風機のように見えます。中心から放射状に広がるブレードがたくさんあります。ポンプはトルクコンバーターハウジングに直接取り付けられており、トルクコンバーターハウジングはエンジンのフライホイールに直接ボルトで固定されています。その結果、ポンプはエンジンのクランクシャフトと同じ速度で回転します。 （トルクコンバーターがどのように機能するかを説明するときは、覚えておく必要があります。）ポンプは、トランスミッションフルードを中心からに向かって外側に「ポンプ」します。 。 。
2。タービン。 タービンはコンバーターハウジングの内側にあります。ポンプのように、それは扇風機のように見えます。タービンはトランスミッションの入力シャフトに直接接続します。ポンプに接続されていないため、ポンプとは異なる速度で移動できます。これは重要なポイントです。これにより、エンジンは他の駆動列とは異なる速度で回転することができます。
タービンは、ポンプから送られるトランスミッションフルードのおかげで回転できます。タービンのブレードは、受け取った流体がタービンの中心に向かって移動し、ポンプに向かって戻るように設計されています。
3。ステーター（別名リアクター）。 ステーターはポンプとタービンの間にあります。ファンブレードや飛行機のプロペラのように見えます（ここにパターンがありますか？）。ステーターは2つのことを行います：1）タービンからのトランスミッションフルードをより効率的にポンプに送り返します。2）エンジンからのトルクを増やして車を動かすのを助けますが、車がうまくいくと、より少ないトルクを送ります。クリップ。
巧妙なエンジニアリングのおかげでこれを実現しています。まず、原子炉のブレードは、タービンを出るトランスミッションフルードがステーターのブレードに当たると、ポンプの回転と同じ方向に流体が迂回するように設計されています。
第二に、ステーターはワンウェイクラッチを介してトランスミッションの固定シャフトに接続されています。これは、固定子が一方向にしか移動できないことを意味します。これにより、タービンからの流体が一方向に向けられます。ステーターは、タービンからの流体速度が特定のレベルに達したときにのみ回転を開始します。
ステーターのこれら2つの設計要素により、ポンプの作業が容易になり、より多くの流体圧力が生成されます。これにより、タービンで増幅されたトルクが生成されます。タービンはトランスミッションに接続されているため、トランスミッションと車の残りの部分により多くのトルクを送ることができます。ふぅ。
4。トルクコンバータークラッチ。 流体力学がどのように機能するかのおかげで、トランスミッションフルードがポンプからタービンに流れるときに電力が失われます。これにより、タービンはポンプよりもわずかに遅い速度で回転します。これは、車が走行しているときは問題ではありませんが（実際、速度の違いにより、タービンがトランスミッションにより多くのトルクを供給できるようになります）、クルージングすると、その違いによってエネルギー効率が低下します。
そのエネルギー損失を打ち消すために、ほとんどの最新のトルクコンバーターには、タービンに接続されたトルクコンバータークラッチがあります。車が特定の速度（通常は45〜50 mph）に達すると、トルクコンバータークラッチが接続され、タービンがポンプと同じ速度で回転します。コンバータークラッチが接続されているときは、コンピューターが制御します。
つまり、これらはトルクコンバータの部品です。
それをすべてまとめて、行き止まりから巡航速度に移行するときのトルクコンバーターの動作がどのようになるかを見てみましょう：
車の電源を入れると、アイドリング状態になります。ポンプはエンジンと同じ速度で回転しており、トランスミッションフルードをタービンに向けて送っていますが、エンジンはデッドストップであまり速く回転していないため、タービンはそれほど速く回転しないため、供給できません。トランスミッションへのトルク。
あなたはガスを踏む。これにより、エンジンの回転が速くなり、トルクコンバーターポンプの回転が速くなります。ポンプの回転が速いため、トランスミッションフルードはポンプから十分に速く移動し、タービンの回転を速く開始します。タービンブレードは流体をステーターに送ります。トランスミッションフルードの速度が十分に高くないため、ステーターはまだ回転していません。
ただし、ステータのブレードの設計により、流体がブレードを通過すると、ポンプが回転しているのと同じ方向に流体がポンプに戻されます。これにより、ポンプは流体をより高速でタービンに戻すことができ、より多くの流体圧力を生成します。流体がタービンに戻るとき、それはより多くのトルクでそれを行い、タービンがより多くのトルクをトランスミッションに提供するようにします。車が前進し始めます。
あなたの車がスピードアップするにつれて、このサイクルは何度も続きます。巡航速度に達すると、トランスミッションフルードが圧力に達し、原子炉のブレードが最終的に回転します。反応器が回転すると、トルクが減少します。この時点では、車は適切なクリップで動いているため、車を動かすのにそれほどトルクは必要ありません。トルクコンバータークラッチが接続され、タービンがポンプおよびエンジンと同じ速度で回転します。
さて、トルクコンバーターは、エンジンからの動力がトランスミッションに伝達されることを可能または防止するものであり、車をデッドストップから動かすためにトランスミッションにトルクを掛けるものです。車が自動的にシフトすることを可能にするトランスミッションの部分を見てみましょう。
遊星歯車
あなたの車がより高速に達すると、車を動かし続けるために必要なトルクは少なくなります。トランスミッションは、ギア比のおかげで車のホイールに送られるトルクの量を増減させることができます。ギア比が低いほど、より多くのトルクが供給されます。ギア比が高いほど、伝達されるトルクは少なくなります。
マニュアルトランスミッションでは、ギア比を変更するためにギアシフトを動かす必要があります。
オートマチックトランスミッションでは、ギア比は自動的に増減します。そして、これは遊星歯車の独創的な設計のおかげで起こり得ます。
遊星歯車は、次の3つのコンポーネントで構成されています。
単一の遊星歯車セットは、後進駆動と5レベルの前進駆動を実現できます。それはすべて、ギアセットの3つのコンポーネントのどれが動いているか静止しているかによって異なります。
入力ギア（動力を生成するギア）、出力ギア（動力を受け取るギア）、または静止状態のいずれかとして機能するさまざまなコンポーネントを使用して、実際に動作する様子を見てみましょう。
サンギア：入力ギア/プラネタリキャリア：出力ギア/リングギア：静止状態に保持
このシナリオでは、太陽歯車が入力歯車です。リングギアは動きません。太陽歯車が動き、リング歯車が所定の位置に保持されると、遊星歯車はそれ自体のキャリアシャフト上で回転し、リング歯車の内側を歩き回りますが、太陽歯車とは反対の方向に動きます。これにより、キャリアは太陽歯車と同じ方向に回転します。したがって、キャリアが出力ギアになります。
この構成では、ギア比が低くなります。つまり、入力ギア（この場合はサンギア）は、出力ギア（遊星キャリア）よりも速く回転します。しかし、惑星のキャリアが生み出すトルクの量は、太陽の歯車が提供するよりもはるかに大きいです。
この種の構成は、車が始動したばかりのときに使用されます。
サンギア：静止状態/プラネタリキャリア：出力ギア/リングギア：入力ギア
このシナリオでは、太陽歯車は静止したままですが、リング歯車が入力歯車になります（つまり、歯車システムに動力を供給します）。サンギアが保持されているため、回転する遊星ギアはサンギアの周りを歩き、遊星キャリアを運びます。
遊星キャリアはリングギアと同じ方向に移動し、出力ギアです。
この構成では、最初の構成よりも少し高いギア比が作成されます。ただし、入力ギア（リングギア）は出力ギア（遊星キャリア）よりも速く回転しています。これにより、遊星歯車が残りの駆動列により多くのトルクまたは動力を供給します。この構成は、車が行き止まりからスピードを上げているとき、または丘を運転しているときに機能する可能性があります。
サンギア：入力ギア/プラネタリキャリア：出力ギア/リングギア：入力ギア
このシナリオでは、サンギアとリングギアの両方が入力ギアとして機能します。つまり、両方が同じ速度で同じ方向に回転しています。これにより、遊星歯車は個々のシャフトで回転しなくなります。なんで？リングギアとサンギアが入力部材の場合、リングギアの内歯は遊星ギアを一方向に回転させようとし、サンギアの外歯はそれらを反対方向に駆動しようとします。したがって、それらは所定の位置に固定されます。ユニット全体（太陽歯車、遊星歯車、リング歯車）は同じ速度で一緒に動き、同じ量の動力を伝達します。入力と出力が同じ量のトルクを伝達する場合、それはダイレクトドライブと呼ばれます。
この配置は、時速45〜50マイルで巡航しているときに機能します。
サンギア：静止状態/プラネタリキャリア：入力ギア/リングギア：出力ギア
このシナリオでは、太陽歯車は静止状態に保たれ、遊星歯車は歯車システムに動力を供給する入力歯車になります。リングギアが出力ギアになりました。
遊星歯車が回転すると、遊星歯車は保持されている太陽歯車の周りを歩くように強制され、リング歯車をより速く駆動します。遊星キャリアが1回転すると、リングギアが同じ方向に2回転以上回転します。これは高いギア比であり、より多くの出力速度を提供しますが、より少ないトルクを提供します。この配置は「オーバードライブ」とも呼ばれます。
時速60マイル以上で高速道路を運転しているときはこの構成になります。
オートマチックトランスミッションには通常、複数の遊星歯車セットがあります。それらは連携して複数のギア比を作成します。
遊星歯車システムでは歯車が常に噛み合っているため、手動変速機の場合のように、歯車を噛み合わせたり外したりせずに歯車を変更できます。
しかし、オートマチックトランスミッションは、遊星歯車システムのどの部分が入力歯車、出力歯車として機能するか、または静止状態に保たれるべきかをどのように判断するので、これらのさまざまな歯車比を取得できますか？
トランスミッション内のブレーキバンドとクラッチの助けを借りて。
ブレーキバンドとクラッチ
ブレーキバンドは、有機摩擦材で裏打ちされた金属でできています。ブレーキバンドを締めてリングやサンギアを固定したり、緩めて回転させたりすることができます。ブレーキバンドが締まるか緩むかは、油圧システムによって制御されます。
一連のクラッチは、遊星歯車システムのさまざまな部分にも接続されます。オートマチックトランスミッションのトランスミッションクラッチは、複数の金属ディスクとフリクションディスクで構成されています（そのため、「マルチディスククラッチアセンブリ」と呼ばれることもあります）。ディスクを一緒に押すと、クラッチが接続されます。クラッチを使用すると、遊星歯車部品が入力歯車になったり、静止したりする可能性があります。遊星歯車との接続方法によって異なります。クラッチが接続されているかどうかは、機械的、油圧的、および電気的な設計の組み合わせによって決まります。そして、それはすべて自動的に行われます。
現在、さまざまなクラッチがどのように連携してさまざまなコンポーネントを保持および駆動するかという複雑さは、かなり複雑です。テキストで説明するには複雑すぎます。視覚的に最もよく理解されます。このビデオをご覧になることを強くお勧めします：
ご覧のとおり、オートマチックトランスミッションの内部には多くの可動部品があります。機械工学、流体工学、電気工学を組み合わせて使用することで、行き止まりから高速道路の巡航速度までスムーズに移動できます。
それでは、オートマチックトランスミッションのパワーフローの全体像を見ていきましょう。
エンジンはトルクコンバーターのポンプに動力を送ります 。
ポンプはトルクコンバータのタービンに電力を送ります トランスミッションフルード経由。
タービンは、ステーターを介してトランスミッションフルードをポンプに送り返します。 。
ステーターはトランスミッションフルードのパワーを倍増させ、ポンプがより多くのパワーをタービンに送り返すことを可能にします。トルクコンバーター内で渦パワー回転が発生します。
タービンは、トランスミッションに接続する中央シャフトに接続されています。タービンが回転すると、シャフトが回転し、最初の遊星歯車セットに動力を送ります。 トランスミッションの。
マルチディスククラッチに応じて またはブレーキバンド がトランスミッションに接続されている場合、トルクコンバータからの電力によってサンギアが発生します。 、惑星キャリア 、またはリングギア 遊星歯車システムを動かしたり静止させたりします。
遊星歯車システムのどの部分が動いているかどうかによって、歯車比が決まります。 。遊星歯車の配置が何であれ（入力として機能する遊星歯車、出力として機能する遊星歯車キャリア、静止しているリングギア-上記を参照）、トランスミッションが残りの駆動列に送信する電力量が決まります。
それは、大まかに言えば、オートマチックトランスミッションがどのように機能するかです。物事を調整および変更するセンサーとバルブがありますが、それが基本的な要点です。
視覚的にわかりやすいものです。次のビデオを見ることを強くお勧めします。私たちが経験した背景は、はるかに理解しやすくなります：
私はあなたに何を言いましたか？オートマチックトランスミッションはかなりすごいです。
高速道路をクルーズしながら車のシフトギアを感じると、ボンネットの下で何が起こっているのかがわかります。