آشنایی با عملکرد گیربکس CVT

ممکن است تاکنون بارها در هنگام مطالعه‌ی بروشور یا جدول مشخصات فنی خودروها به عبارت (CVT) در قسمت مربوط به جعبه دنده برخورده باشید. اما آیا تاکنون به نحوه‌ی عملکرد این سیستم توجه کرده اید؟ و اینکه استفاده از این نوع جعبه دنده‌ها چه مزایا و معایبی دارد که برخی از خودروسازان به سراغ آن‌ها رفته‌اند و برخی دیگر نیز هنوز ترجیح می‌دهند از جعبه دنده‌های متداول خودکار استفاده کنند.(CVT) کوتاه شده‌ی عبارت (Continuous Variable Transmission) به معنای جعبه دنده‌ی ضریب متغییر است، این جعبه دنده‌ها با نام‌های دیگری مانند جعبه دنده‌ی تک سرعته نیز شناخته می‌شوند.

طرز کار
اگر دقت کرده باشید تعداد ضرایب دنده‌ی جعبه دنده‌های خودکار در گذشته بسیار کم بود برای مثال شورولت کاپریس در نسل اول خود با یک جعبه دنده‌ی خودکار به نام (Powerglide) قابل خریداری بود که تنها دارای ۲ سرعت بود، این جعبه دنده تا سال ۱۹۷۳ در شورولت و برخی دیگر از تولیدات جنرال موتورز مورد استفاده بود تا اینکه جعبه دنده‌ی خودکار سه سرعته‌ی خودکار دیگری جایگزین آن شد. در همان سال‌ها مرسدس بنز کلاس SL اتاق R107 نیز با یک جعبه دنده‌ی ۳ سرعته‌ی خودکار عرضه می‌شود.

ایراد جعبه دنده‌هایی که ضرایب کمی دارند پایین بودن راندمان و هدر رفت انرژی زیاد در آن‌ها است. به همین خاطر خودروسازان به سراغ جعبه دنده‌های ۴ سرعته‌ی خودکار رفتند. ایراد کم بودن ضرایب دنده این است که راندمان خودرو را پایین می‌آورد و هدر رفت انرژی در آن‌ها بسیار زیاد است. این مساله باعث شد تا خودروسازان به فکر افزایش ضریب دنده‌ها بیفتند. پس از جعبه دنده‌های خودکار چهار سرعته نوبت به انواع ۵، ۶ سرعته رسید و کمی بعدتر در سال ۲۰۰۳ مرسدس بنز از اولین جعبه دنده‌ی ۷ سرعته‌ی خودکار در خودروهای سواری با نام ۷G-Tronic رونمایی کرد. این جعبه دنده‌ی ۷ سرعته با آنکه در زمان خود بهترین بود اما نیاز به جعبه دنده‌ای با ضرایب بیشتر همچنان احساس می‌شد، در سال ۲۰۰۸ شرکت مشهور و صاحب نام ZF فردریشهافن جعبه دنده‌ی خودکار هشت سرعته‌ی خود را معرفی کرد، خودروسازان مختلفی از این جعبه دنده استقبال کردند و آن را در محصولات خود بکار بردند، از بی‌ام‌و و مازراتی گرفته تا رولزرویس، بنتلی، فولکس واگن و دوج.

در سال ۲۰۱۳ نیز مرسدس بنز جعبه دنده‌ی ۹ سرعته‌ی خود با نام ۹G-Tronic را معرفی کرد. با این اوصاف حتما متوجه شده اید که راه بهبود راندمان خودروها افزایش تعداد ضرایب دنده است. جعبه دنده‌های ۷ و ۸ سرعته را فراموش کنید و به جعبه دنده‌ی خودکاری فکر کنید که بتواند بی نهایت ضریب را در اختیار راننده دهد. این دقیقا نقطه‌ای است که جعبه دنده‌های (CVT) خود را نشان می‌دهند.

از نظر تئوری، یک جعبه دنده‌ی (CVT) ایده آل‌ترین سیستم انتقال نیرویی است که می‌توان مورد استفاده قرار داد. ضریب دنده در این جعبه دنده‌ها به طور دائم و بی‌وقفه در حال تغییر است و به همین خاطر می‌توان آن‌ها را جعبه دنده‌ی خودکاری با بی نهایت دنده به حساب آورد. از طرفی وقفه‌ای که خود عمل تعویض دنده در انتقال نیرو ایجاد می‌کند نیز یکی از عوامل هدر رفتن نیروی موتور است. در جعبه دنده‌های ضریب متغیر تغییر ضریب هم زمان با انتقال نیرو صورت می‌گیرد و به همین خاطر تاخیری در عملکرد جعبه دنده وجود ندارد، جعبه دنده‌ی ضریب متغیر همواره در مناسب‌ترین ضریب قرار دارد به طوری که موتور می‌تواند در بهینه‌ترین دور موتور خود کار کند و در عین اینکه قدرت و گشتاور مناسبی را به چرخ‌ها منتقل می‌کند مصرف سوخت پایینی نیز داشته باشد.

 

 

هسته‌ی مرکزی یک سیستم CVT را دو پولی (قرقره) و یک تسمه که در بین آن‌ها قرار دارد تشکیل می‌دهند. یکی از این پولی‌ها محرک بوده و به موتور وصل است و دیگری نیز متحرک بوده و نیروی خود را به سمت چرخ‌ها ارسال می‌کند. این دو پولی هر یک از ۲ عدد دیسک با سطحی شیب‌دار تشکیل شده‌اند که فاصله‌ی بین آن‌ها می تواند افزایش یا کاهش پیدا کند. زمانی که دیسک‌ها از یکدیگر دور شوند تسمه به مرکز پولی منتقل می‌شود و قطر آن کاهش پیدا می کند و زمانی که پولی‌ها به همدیگر نزدیک می‌شوند تسمه به سمت قطر خارجی حرکت کرده و قطر آن افزایش پیدا می‌کند. این حرکت تسمه و تغییر قطر آن دقیقا حالت‌های دنده سبک و سنگین یک جعبه دنده‌ی معمولی را شبیه سازی می‌کند. پس با استفاده از تغییر فاصله‌ی دیسک‌ها می‌توان ضرایب انتقال نیرو را تغییر داد.

در تصویر زیر به طور ساده نحوه‌ی عملکرد CVT را مشاهده می کنید.

 

 

از طرفی به این نکته نیز باید توجه داشت که دو پولی باید حرکتی هماهنگ با یکدیگر داشته باشند یعنی زمانی که دیسک های پولی اول در حال دور شدن از یکدیگر هستند دیسک های پولی دوم باید به همدیگر نزدیک شوند. در دو تصویر پایین نیز یک تسمه‌ی لاستیکی و دو نوع مختلف از تسمه‌ی فلزی را مشاهده می‌کند.

 

 

مشکلات سیستم CVT

ایده‌ی جعبه دنده‌ی ضریب متغییر ساده و ایده‌آل است اما پیاده سازی آن در عمل به این سادگی نیست و موانعی بر سر راه این نوع سیستم وجود دارد که به آن‌ها اشاره خواهیم کرد. تسمه‌ای که در جعبه دنده‌های CVT مورد استفاده قرار می‌گیرد تحت فشار و کشش بسیار زیادی قرار دارد بنابراین باید بسیار قوی باشد و از طرفی اصطکاک کافی را نیز با پولی‌ها ایجاد کند تا انتقال نیرو میسر شود. در برخی از انواع جعبه دنده‌های ضریب متغییر از تسمه‌های لاستیکی استفاده می‌شود اما در بیشتر خودروها (برای مثال در هوندا سیویک) از تسمه‌ی فلزی استفاده شده است. این تسمه‌ها از صفحه‌های فلزی عرضی و نوارهای فلزی طولی ساخته شده‌اند. قسمت‌های عرضی وظیفه‌ی ایجاد تماس و اصطکاک کافی با پولی را دارند و نوار طولی نیز وظیفه‌ی نگه داشتن صفحه‌ها و همچنین تحمل فشار‌های کششی را دارد.

مزایایی جعبه دنده‌های CVT
موتور‌‌های احتراق داخلی مورد استفاده در خودروها بیشترین قدرت خود را در تمامی دور موتورها در اختیار ندارند بلکه در یک دور موتور خاصی است که اسب بخار، مصرف سوخت و گشتاور در بهینه ترین میزان خود قرار دارند. هیچ جعبه دنده‌ی چرخ دنده داری نمی‌تواند کاری کند که موتور دائما در چنین دور موتوری قرار داشته باشد اما جعبه دنده های ضریب متغییر می‌توانند با تغییر لحظه‌ای ضریب دنده این امکان را فراهم کنند. یعنی یک جعبه دنده‌ی CVT ضمن اینکه شتاب گیری سریع‌تری را در مقایسه با انواع دستی و یا اتوماتیک فراهم می‌کند می‌تواند مصرف سوخت پایین‌تری را نیز ارائه دهد.

معایب جعبه دنده‌های CVT
بزرگ‌ترین مانعی که بر سر راه جعبه دنده‌های ضریب متغییر قرار دارد مساله‌ی پذیرش این نوع جعبه دنده‌ها توسط خریداران است. از آن جایی که جعبه دنده‌های ضریب متغییر این اجازه را به موتور می‌دهند که بتواند در دور موتور ثابتی کار کند بنابراین صدایی که از زیر کاپوت این خودروها به گوش می‌رسد چندان به گوش افرادی که با جعبه دنده‌های دستی و خودکار کار کرده‌اند، آشنا نخواهد بود.

 

 

همچنین تغییر تدریجی ضریب دنده در این جعبه دنده‌ها باعث می‌شود تا موتور صدایی همچون هرزگردی کلاچ (نیم کلاچ کردن) را ایجاد کند که در یک خودروی عادی می تواند نشانه‌ای از وجود ایراد باشد اما چنین صدایی در یک خودروی مجهز به جعبه دنده‌ی CVT به معنای صحت کارکرد خودرو است. همچنین تحویل نیرو در جعبه دنده‌های دستی و یا خودکار به صورت آنی و سریع اتفاق می‌افتد و شما تعویض شدن دنده را احساس خواهید کرد اما یک جعبه دنده‌ی CVT این کار را به نرمی و آرامی انجام می‌دهد. این مورد باعث می شود تا در هنگام رانندگی با این خودروها احساس کنید که آن‌ها خودروهای کندی هستند که البته این مورد فقط در حد احساس است و یک جعبه دنده‌ی CVT می‌تواند شتابگیری بهتری از یک جعبه دنده‌ی خودکار داشته باشد.

 

به دلیل محدودیت‌هایی که در مورد نمونه‌های اولیه‌ی خودروهای CVT دار وجود داشت اسب بخار این خودروها بسیار محدود بود و در زمینه‌ی دوام و قابلیت اطمینان این نوع جعبه دنده‌ها نیز نگرانی هایی وجود داشت اما تکنولوژی پیشرفته‌ی امروزی جعبه دنده‌های CVT را بسیار قابل اطمینان کرده است به طوری که کمپانی نیسان بیش از یک میلیون دستگاه خودروی مجهز به جعبه دنده‌ی ضریب متغییر را در سراسر جهان به فروش رسانده است و ضمنا گفته است که CVT های امروزی از نظر اطمینان، دوام و کارایی در حد جعبه دنده‌های خودکار دیگر هستند.

سیستم CVT با قابلیت تعویض دستی
کمپانی نیسان این جعبه دنده‌ را با همکاری سوبارو طراحی و ساخته است. نخستین مدل از این جعبه دنده M6 Hyper-CVT نام دارد و برای اولین بار در مدل نیسان پریمرا مورد استفاده قرار گرفت. این جعبه دنده با هدف وارد کردن توانایی تعویض دستی دنده‌ها به دنیای جعبه دنده‌های CVT ساخته شد. این جعبه دنده در کنار حالت تمام خودکار دارای حالت تعویض دستی تیپ ترونیک نیز است و می‌تواند شش ضریب فرضی را در اختیار راننده قرار دهد و عملکرد یک جعبه دنده‌ی خودکار شش سرعته را شبیه سازی کند.

 

 

این جعبه دنده با چنین توانایی‌هایی در زمان خود پیشرفته‌ترین جعبه دنده‌ی CVT جهان بود. این جعبه دنده به موتور‌ی ۲ لیتری نیسان پریمرا کوپل شده بود که می توانست به کمک وجود تکنولوژی زمانبندی متغییر سوپاپ‌ها ۱۹۰ اسب بخار قدرت و ۲۰۳ نیوتون متر گشتاور را تولید کند که چنین قدرت و گشتاوری در زمان خود یک رکورد جدید برای جعبه دنده‌های CVT به حساب می‌آمد. در این جعبه دنده همانند جعبه دنده‌های خودکار متداول از یک مبدل گشتاور استفاده شده است و کارکرد نرم و پاسخ دهی مناسبی دارد. البته همچنان امکان استافده از این جعبه دنده در کنار موتور‌هایی که گشتاور خیلی بالایی داشته باشند وجود ندارد.این جعبه دنده در خودروهایی مانند نیسان تینا، نیسان کیوب و هوندا فیت مورد استفاده قرار گرفته است.

جعبه دنده‌ی Multitronic CVT آئودی
گرچه جعبه دنده‌های CVT از نظر تئوری ضمن داشتن مصرف سوخت پایین شتاب بهتری را نیز ارایه می دهند اما در عمل شتابگیری با آن‌ها به کندی صورت می گیرد. با این وجود آئودی با ارائه‌ی جعبه دنده‌ی مولتی ترونیک CVT مدعی شده است که توانسته به جعبه دنده ای سریع‌تر از انواع خودکار و یا دستی دست پیدا کند. آئودی برای اثبات این مدعا نتایج به دست آمده از استفاده از این جعبه دنده را بر روی مدل A6 منتشر کرد. مقاسیه‌ی این نتایج با نتایج به دست آمده توسط مدل‌های دستی و خودکار A6 به خوبی صحت ادعای آئودی را اثبات خواهد کرد.

سیستم مولتی ترونیک CVT آئودی از برخی جهات متفاوت به یک جعبه دنده‌ی CVT عادی است. نخست این که این جعبه دنده از یک زنجیز به جای تسمه استفاده میکند و دوم وجود سنسور گشتاور در این جعبه دنده است که در سایر جعبه دنده‌های CVT وجود ندارد.

 

 

 

بیشتر جعبه دنده های CVT از تسمه ای V شکل استفاده می‌کنند و میزان گشتاور انتقالی توسط جعبه دنده کاملا به مقاومت و توانایی این تسمه وابسته است. سیستم قبلی مورد استفاده توسط نیسان در بهترین حالت همان توانایی دریافت حداکثر ۲۰۳ نیوتون متر را داشت اما آئودی با جایگزین کردن این تسمه با یک زنجیر توانسته مقاومت جعبه دنده را تا حدی افزایش دهد که امکان تحمل گشتاور ورودی ۳۰۰ نیوتون متری نیز وجود داشته باشد.

 

 

سنسور گشتاور قرار گرفته در این جعبه دنده نیز از استهلاک آن کاسته و باعث بهبود راندمان آن شده است. این جعبه دنده نیز می‌تواند ۶ سرعت فرضی را نیز به صورت تیپ ترونیک در اختیار راننده قرار دهد و توانایی انجام حالت ترمز موتوری را نیز دارد.

 

 

بیشتر جعبه دنده‌های CVT برای ارتباط موتور و جعبه دنده به کلاچ‌های الکتروهیدرولیکی و یا مبدل گشتاور مجهز هستند اما آئودی در مولتی ترونیک از کاچ چند صفحه ای استفاده کرده است. استفاده از کلاچ چند صفحه ای با اینکه پیچیده‌تر هستند اما نرمی کارکرد آن‌ها فوق العاده است.

جعبه دنده‌ی Extroid CVT نیسان
اگر مولتی ترونیک آئودی را نمونه ای تکامل یافته از یک جعبه دنده‌ی CVT بدانیم، جعبه دنده‌ی Extroid نیسان را باید یک انقلاب نامید. در این جعبه دنده به جای استفاده از تسمه و یا زنجیر از دو غلطک استفاده شده است که در بین دو دیسک محرک و متحرک قرار دارند و انتقال نیرو و گشتاور از طریق آن‌ها انجام می‌شود. با تغییر زاویه‌ی غلطک‌ها ضرایب مختلف دنده به دست می‌آید، برای مثال برای دستیابی به ضریب دنده‌ی سنگین، غلطک‌ها در قطر داخلی دیسک محرک (ورودی) و در قطر خارجی دیسک متحرک (خروجی) قرار می‌گیرند. با قرار گیری بر عکس غلطک‌ها نیز می‌توان به ضرایب دنده‌ی سبک دست پیدا کرد. در شکل زیر نمایی کلی از عملکرد این سیستم را می‌توانید مشاهده کنید.

 

 

غلطک‌ها در مقایسه با تسمه و یا زنجیر گشتاور بسیار بالاتری را می توانند انتقال دهند. از طرفی همانطور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید دیسک ورودی و خروجی هر دو بر روی یک محور سوار شده اند و به این ترتیب امکان استفاده از این جعبه دنده در آرایش دیفرانسیل عقب نیز میسر شده است. این جعبه دنده در دو مدل دیفرانسیل عقب نیسان یعنی مدل سدریک و گلوریا مورد استفاده قرار گرفته است.

 

در این جعبه دنده غلطک‌ها به طور مستقیم با دیسک‌ها در تماس نیستند و بین آن‌ها لایه ای نازک از روغن وجود دارد که وجود این روغن علیرغم کاهش جزئی اصطکاک باعث افزایش طول عمر جعبه دنده شده است. این جعبه دنده نیز می‌تواند‌ شش دنده را به صورت تیپ ترونیک در اختیار راننده قرار دهد.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *