نحوه عملکرد گیبرکس های CVT در خودرو چگونه است؟

به گزارش صنعت ماشین،

 گیربکس‌های CVT به علت عدم تنوع و جذابیت در تجربه رانندگی، به عنوان یکی از اصطلاحاتی که در فرهنگ خودرو مورد مذمت قرار می‌گیرند، شناخته می‌شوند. این سه حرف به مخفف "فاقد هیجان" تبدیل شده‌اند و هر دو علاقه‌مندان افراطی به گیربکس‌های دستی و رانندگان عادی از خودروهای مجهز به این نوع گیربکس از آن متنفر هستند. اما آیا این تفکر واقعاً منصفانه است؟ آیا گیربکس‌های CVT شایسته احترام بیشتری هستند؟

بدون شک، گیربکس‌های CVT در بازار خودرو ریشه دوانده‌اند و در سال‌های اخیر در خودروهای سدان و شاسی‌بلند با قدرت بالا نیز استفاده می‌شوند. حتی خودروهای اسپرت مانند سوبارو WRX هم از گیربکس CVT استفاده می‌کنند و در خودروهای هیبریدی نیز از گیربکس‌های موسوم به e-CVT استفاده می‌شود که نیروی موتور بنزینی و برقی را ترکیب می‌کند. بنابراین، گیربکس‌های CVT در صنعت خودروسازی به صورت پایدار باقی خواهند ماند، بدون توجه به علاقه شما به آنها.

نحوه کار گیربکس CVT

برای درک دلیل این حجم از تنفر نسبت به گیربکس‌های CVT، باید با تفاوت‌های آنها نسبت به گیربکس‌های اتوماتیک سنتی آشنا شویم. در گیربکس CVT، در مقابل گیربکس‌های اتوماتیک سنتی، هیچ چرخدنده‌ای وجود ندارد. به جای آن، از دو پولی و یک تسمه برای انتقال نیرو از پیشرانه به چرخ‌ها استفاده می‌شود. یکی از این پولی‌ها، به میل‌لنگ موتور متصل است و به آن پولی ورودی یا Drive گفته می‌شود. پولی دوم که از طریق تسمه به پولی اول متصل است، نیرو را به میل‌گاردان یا چرخ‌ها منتقل می‌کند و به آن پولی خروجی یا Driven گفته می‌شود.

در گیربکس CVT، پولی‌ها به صورت مخروطی طراحی شده‌اند و نوک آنها روبروی هم قرار دارد. این مخروط‌ها به وسیله کنترل هیدرولیکی، بسته به شرایط رانندگی، به هم نزدیک می‌شوند یا از هم فاصله می‌گیرند. در سرعت‌های پایین، دو مخروطی که پولی ورودی را تشکیل می‌دهند، تا حد امکان از هم دور می‌شوند و به تسمه اجازه می‌دهند در باریک‌ترین قطر پولی ورودی قرار گیرد، در حالی که مخروط‌های پولی خروجی تا حد امکان به هم نزدیک می‌باشند و تسمه در بزرگ‌ترین قطر پولی خروجی قرار می‌گیرد. در این حالت، شفت ورودی با سرعت بیشتری نسبت به شفت خروجی می‌چرخد و حداکثر گشتاور را به چرخ‌ها منتقل می‌کند. این حالت مشابه دنده یک در گیربکس‌های اتوماتیک معمولی است و نسبت دنده‌ای را برای ارائه حداکثر گشتاور ایجاد می‌کند.

با افزایش سرعت، مخروط‌های پولی ورودی به‌آرامی به هم نزدیک می‌شوند و تسمه را بالا می‌برند، که باعث می‌شود قطر پولی بیشتر شود. از سوی دیگر، مخروط‌های پولی خروجی از هم فاصله می‌گیرند. در این حالت، پولی ورودی با سرعت بسیار کمتری نسبت به پولی خروجی می‌چرخد و حداکثر سرعت را با دور موتور پایین در چرخ‌ها فراهم می‌کند. در گیربکس‌های CVT اولیه، فقط پولی ورودی از دو مخروط تشکیل شده بود و پولی خروجی ثابت بود. اما در نمونه‌های امروزی، هر دو پولی از دو مخروط تشکیل شده‌اند تا ضرایب دنده بسیار بیشتری فراهم شود.

تاریخچه گیربکس CVT

گیربکس‌های CVT حتی قبل از پیداش خودرو اختراع شدند. شرکت بریتانیایی کلاینو در سال ۱۹۲۳، اولین خودروی تولیدی با گیربکس CVT را ساخت. این گیربکس ابتدایی با استفاده از تسمه و پولی عمل می‌کرد. اما گیربکس‌های CVT اولیه قدرت کمتری را تحمل می‌کردند و به همین دلیل، موفقیت کلاینو بیشتر به خاطر استفاده از این نوع گیربکس در موتورسیکلت‌های با قدرت بین دو تا پنج اسب بخاری بود. متأسفانه، کلاینو در سال ۱۹۲۹ و در آغاز رکود بزرگ ورشکست شد و نتوانست تولید خودروهای زیادی با گیربکس CVT انجام دهد.

در نتیجه، گیربکس‌های CVT برای رسیدن به موفقیت تجاری، چند دهه طول کشید. در سال ۱۹۵۸، شرکت هلندی داف، خودروی شهری ۶۰۰ را با نام تجاری واریوماتیک و با استفاده از گیربکس CVT ابتدایی عرضه کرد. این گیربکس از پولی‌های بزرگ و تسمه لاستیکی استفاده می‌کرد و در محور عقب خودرو قرار داشت. با این حال، تسمه لاستیکی ممکن بود به مرور زمان خراب شود، اما پیشرانه با قدرت ۵۹۰ سی‌سی و تنها ۲۲ اسب بخار قدرت، تنش زیادی به گیربکس وارد نمی‌کرد.

با توجه به مصرف سوخت بسیار پایین و اندازه جمع وجور، خودروی ۶۰۰ با موفقیت بزرگی در بازار اروپا روبرو شد. این خودرو در دهه ۶۰ به طور محدود در آمریکا نیز عرضه شد، اما به دلیل عدم وجود حالت پارک در گیربکس، با ممنوعیت قانونی در ایالات متحده مواجه شد. بنابراین، تا سال ۱۹۸۹ و با عرضه سوبارو جاستی، آمریکایی‌ها دوباره تجربه رانندگی با خودروی CVT را داشتند. گیربکس CVT در سوبارو جاستی نسبت به نسخه قبلی داف، بسیار مدرن‌تر بود و دروازه‌ای را برای گیربکس‌های CVT باز کرد. به کمک طراحی کامپیوتری و پیشرفت در علم مواد، گیربکس‌های CVT جدید توانستند قدرت بیشتری را بدون خراب شدن تسمه تحمل کنند. به همین دلیل، در اوایل دهه ۲۰۰۰، شرکت‌های هوندا، نیسان، سوبارو و تویوتا خودروهای خود را با این نوع گیربکس CVT مجهز کردند.

مزیت‌های گیربکس CVT

علاقه خودروسازان به گیربکس CVT، به‌ویژه در خودروهای اقتصادی، به دو دلیل اساسی است. اول اینکه گیربکس CVT کمترین تعداد قطعات را نسبت به گیربکس‌های اتوماتیک معمولی دارد که این امر باعث کاهش هزینه تولید می‌شود. دلیل دوم نیز مربوط به کاهش مصرف سوخت است. با توجه به اینکه در گیربکس CVT ضرایب دنده به‌صورت بی‌نهایت و به‌طور پیوسته تغییر می‌کنند، پیشرانه خودرو همیشه در دور کارآمدترین موتور قرار می‌گیرد. با افزایش سرعت، پولی‌های ورودی و خروجی به‌گونه‌ای تنظیم می‌شوند که پیشرانه در دور مطلوب خود باقی می‌ماند. همچنین، در گیربکس CVT تکان و وقفه‌های مربوط به تعویض دنده که در گیربکس‌های اتوماتیک معمولی مشاهده می‌شوند، وجود ندارد و تغییر ضرایب به صورتی نرم و پیوسته انجام می‌شود.

گیربکس‌های CVT در نسخه‌های اولیه خود به دلیل اصطکاک و گرمای زیاد، عملکرد بهینه‌ای نداشتند. اما نسخه‌های مدرن این گیربکس‌ها با پیشرفت‌های بسیاری که داشته‌اند، به مراتب پیشرفته‌تر شده‌اند. به طوری که برخی از گیربکس‌های CVT اخیراً توانسته‌اند راندمان انتقال نیرو را به بیش از ۹۰ درصد ارتقا دهند. این عدد، نسبت به راندمان ۸۵ درصدی که در گیربکس‌های اتوماتیک ستنی دیده می‌شود، به عنوان یک شاهکار محسوب می‌شود.

چرا از گیربکس CVT متنفریم؟

با وجود تمام این مزایا، هنوز نمی‌توانیم به طور کامل از گیربکس‌های CVT بهره‌برداری کنیم. همانطور که اشاره شد، این گیربکس‌ها در هنگام شتاب‌دهی، دور موتور را ثابت نگه می‌دارند. این ویژگی، باعث کاهش مصرف سوخت می‌شود، اما به همراه خود صدای یکنواخت و آزاردهنده پیشرانه را به دنبال دارد و احساس تعویض دنده به راننده نمی‌دهد. با این حال، برخی از خودروسازان گیربکس‌های CVT را به‌گونه‌ای برنامه‌ریزی می‌کنند که تعویض دنده مجازی داشته باشند. در این نوع از گیربکس‌های CVT، مخروط‌های پولی‌های ورودی و خروجی قطر پولی‌ها را تا ردلاین ثابت نگه می‌دارند و سپس به‌طور همزمان موقعیت آن‌ها را تغییر می‌دهند تا دور موتور کاهش یابد.

این روش، تعویض دنده‌های یک گیربکس اتوماتیک سنتی را شبیه‌سازی می‌کند و در برخی خودروها مانند سوبارو WRX، حتی امکان تعویض دنده دستی با استفاده از پدال‌های پشت فرمان نیز وجود دارد. با این رویکرد، خودروسازان همچنان از مزایای گیربکس CVT، از جمله کاهش مصرف سوخت و هزینه‌های ساخت، بهره‌مند می‌شوند بدون اینکه هیجان رانندگی را به خطر بیندازند.