آشنایی با گیربکس cvt و چگونگی عملکرد آن - دانشنامه آریایی

با ما همراه باشید و درباره ساعت اینترنتی بیشتر بدانید.

خبرنگاران | سرویس خودرو - در حالت کلی می توان گفت که گیربکس cvt قادر است دور موتور خودرو را برای حالت شتاب گیری و یا آماده شدن به منظور مصرف سوخت متعادل، به خوبی مدیریت کند. در واقع یکی از تفاوت های مهم موجود میان گیربکس cvt با آن دسته از سیستم های انتقال نیرویی که پیش از این مقبولیت داشتند و تعداد دنده های ثابتی را در اختیار راننده قرار می دادند، در آن است که این سیستم جدید در هر زمان ممکن به محور خروجی این اجازه را دهد تا سرعت مناسب و نسبت دنده مناسب را بدون هیچ گونه محدودیت خاصی، باتوجه به شرایط موجود، انتخاب و حفظ نماید.

در مجموع اگر به اختصار بخواهیم در رابطه با گیربکس cvt و سیستم منحصر به فردی که از وجود آن بهره می برد چند کلمه ای توضیح دهیم، این گونه باید گفت که سیستم مذکور با استفاده از دو محور یا قرقره (پولی) که یکی از آنها به موتور و دیگری به چرخ های خودرو متصل می گردد به کار می افتد و به شکل ملایمی انتقال نسبت دنده میان دنده های سبک و سنگین خودرو را به انجام می رساند.

نگاهی گذرا به تاریخچه گیربکس cvt

اگر بخواهیم خواستگاه اصلی گیربکس cvt (مخفف عبارت Transmission Variable Continuously) را بیابیم باید به حدود 5 قرن قبل باز گردیم. به دورانی که هنرمند، مبتکر و مخترع نام آشنا یعنی لئوناردو داوینچی قصد داشت سیستم انتقال قدرت پیوسته را طراحی کند. امری که در نهایت پیروز به انجام آن شد. با این حال سیستمی که او پایه گذار طراحی آن بود تا قرن ها بعد چندان مورد استفاده قرار نگرفت و کسی به سراغ آن نرفت.

با این حال پس از طراحی نخستین خودروهای سواری در عصر جدید، استفاده از سیستم انتقال قدرت پیوسته نیز رفته رفته رواج یافت. به طور دقیق در سال 1886 میلادی، فعالان عرصه خودرو سازی شاهد اختراع و به ثبت رسیدن رسمی نخستین گیربکس cvt بودند. پس از آن نیز برخی از خودرو سازان فعال و شناخته شده در صنعت تولید اتومبیل نظیر شرکت های خودروسازی آلمانی، تا حد قابل توجهی از این سیستم استفاده می کردند. امری که البته در دهه 50 میلادی رو به افول نهاد و در سال های خاتمهی این دهه رفته رفته به فراموشی سپرده شد.

دلیل اصلی آن هم محدودیت های مختلف و ضعف های فنی خاص و متعددی بود که در سیستم انتقال قدرت پیوسته وجود داشت. ضعف ها و کاستی های گوناگونی که به وسایل نقلیه ریز و درشت مبتنی بر این سیستم اجازه انتقال قدرت به میزان بالاتر از رقم 100 اسب بخار را نمی داد.

با این حال طی سال های اخیر، شاهد پیشرفت قابل توجه تکنولوژی های به کار رفته در سیستم انتقال قدرت پیوسته و جعبه دنده های مبتنی بر این سیستم بوده ایم. به گونه ای که استفاده از گیربکس cvt در تولید خودروهای جدید با رشد چشمگیری همراه بوده است. مسلما سردمدار این قضیه را باید شرکت ژاپنی نیسان قلمداد کرد که در ابتدای بهار سال 1992 میلادی پیروز به عرضه نخستین نمونه مدرن از گیربکس cvt شد. البته فرآیند تحقیق و توسعه در زمینه طراحی و تولید این جعبه دهنده های جدید و همچنین به خرج دادن ابتکار در رابطه با پیشرفت تکنولوژی های به کار رفته در دل آنها، از ابتدای دهه هفتاد میلادی بود که توسط مهندسان شرکت نیسان آغاز شد.

پس از آن نیز شرکت های خودرو سازی دیگری نظیر هوندا، جنرال موتورز و آئودی با نیسان همراه شدند و اقدام به طراحی خودروهای مبتنی بر گیربکس cvt نمودند. تا جایی که این روزها شاهد طراحی و تولید خودروهای بیشتری با بهره مندی از این تکنولوژی پوست انداخته و سیستم انتقال قدرت پیوسته هستیم.

نحوه کارایی گیربکس cvt

گیربکس cvt این امکان را در اختیار مکانیزم کلی خودرو قرار می دهد تا بتوان دنده را با نسبت دنده نامحدود مابین بالاترین و پایین ترین دنده موجود، آن هم بدون روبرو شدن با مشکل یا گسستگی خاصی تغییر داد و آن را تعویض نمود. در این میان عمده ترین تفاوت موجود میان گیربکس cvt و جعبه دنده اتوماتیک یا اتوماتیک در سادگی آن نمود می یابد. به بیان دقیق تر در ساختار گیربکس cvt برخلاف جعبه دنده اتوماتیک معمولی، کلکسیون بی شماری از کلاچ، چرخ دنده ، ترمز یا سایر قطعات و ابزارهای کنترل کننده مشابه مشاهده نمی گردد. در عوض و به جای این همه پیچیدگی، در شکل دادن این نوع متفاوت و نسبتا ساده از گیربکس ها، تنها سه بخش اصلی به چشم می خورد.

این بخش ها عبارتند از یک قرقره (پولی) خروجی متحرک، یک تسمه محکم فلزی که البته گاهی از جنس لاستیک ساخته می گردد و همچنین یک قرقره متغییر ورودی محرک که در تلفیق و ترکیب با یکدیگر ساختار اصلی یک گیربکس سی وی تی را تشکیل می دهند. البته گاه در تکمیل سه بخشی که به آنها اشاره شد، تعدادی حسگر و ریزپردازنده مختلف نیز به ساختار این جعبه دنده های نسل جدید اضافه می گردد.

در حال حاضر شاهد رواج یافتن میزان استفاده از نسل سوم گیربکس cvt در صنعت خودروسازی هستیم و گیربکس های مدل Xtronic توسط شرکت هایی نظیر نیسان یا سایر همتایان این شرکت در تولید خودروهای جدید مورد بهره برداری قرار می گیرند.

در این گیربکس های نسل جدید خصوصیات تازه ای گنجانده شده که بهبود عملکرد آنها و افزایش میزان کارایی شان را در پی داشته است. از میان این خصوصیات می توان به استفاده از پمپ های روغن کوچک تر اما بهینه تر اشاره کرد. همچنین در موتورهایی که حداکثر از گنجایش دو لیتر برخوردارند، از محرکه هایی در قالب زنجیر فشرده استفاده شده است. امری که می تواند اندازه کلی جعبه دنده را تا حد زیادی کاهش دهد.

گذشته از این موضوع بهبودهایی نظیر بهینه تر شدن دقت کنترل اندازه قرقره نیز از دیگر ویژگی های نسل جدید گیربکس cvt به شمار می رود. امری که بهبودهای قابل توجهی نظیر میزان مصرف سوخت کمتر، کارآمدتر شدن و بهینه تر شدن ساز و کار فشار تسمه و همچنین انتقال گشتاور پایدارتر را موجب شده است.

همان گونه که به آن اشاره شد، قرقره ها به عنوان یکی از اجزای اصلی تشکیل دهنده گیربکس cvt به شمار می فرایند. در هر قرقره شاهد قرار دریافت دو جسم مخروطی شکل روی یکدیگر هستیم که به طور عمده نوعی زاویه بیست درجه ای را با یکدیگر تشکیل می دهند. ترکیبی که فاصله میان آنها را نوعی تسمه پوشانده است که به طور کل و بر حسب نوع دنده تعیین شده توسط جعبه دنده، وظیفه انتقال قدرت را مابین دو قرقره بر عهده دارد.

همان گونه که پیش تر هم به آن اشاره شد، این تسمه ها گاه از جنس لاستیک ساخته می شوند. در صورت استفاده از تسمه های لاستیکی، تسمه های مذکور از یک سطح مقطع وی شکل برخوردار خواهند بود که افزایش اصطکاک بین قرقره و تسمه را سبب خواهد گشت. وقتی دو بخش اصلی تشکیل دهنده قرقره یعنی دو شکل مخروطی یاد شده از یکدیگر فاصله بگیرند، عرض قرقره بیشتر می گردد و پایین تر رفتن تسمه در شکاف موجب کاهش یافتن شعاع تسمه حلقه شده بر گرد قرقره می گردد. در آن سوی قضیه، هنگامی که دو مخروط به یکدیگر نزدیک می شوند و عرض قرقره کاهش می یابد، شاهد این نکته هستیم که تسمه در شکاف بالاتر می رود و شعاع تسمه حلقه شده بر گرد قرقره افزایش می یابد.

توانایی های گیربکس cvt

گیربکس cvt قادر است از موارد مختلفی نظیر فشار هیدرولیکی یا نیروی گریز از مرکز و یا کشش فنر به منظور تولید نیروی مورد نیاز خود برای تنظیم کردن دو شقه قرقره بهره بگیرد. زمانی که دو بخش مذکور از قرقره عرض خود را نسبت به یکدیگر تغییر می دهند، نسبت دنده های مختلف و متعددی حاصل می گردد. نسبت دنده هایی از مقادیر کم به زیاد که شامل تمام نسبت های مابین آنها می گردد.

به عنوان نمونه می توان این گونه توضیح داد که در موقعیت هایی نظیر کم بودن شعاع تسمه در قرقره محرک و زیاد بودن این شعاع در قرقره خروجی، سرعت دوران و چرخش قرقره خروجی کاهش خواهد یافت. امری که سبب ایجاد شدن دنده پایین تری می گردد.

از سوی دیگر هنگامی که شعاع تسمه در قرقره محرک زیاد و در قرقره خروجی کم باشد، سرعت دوران و چرخش قرقره خروجی افزایش می یابد تا دنده بالاتری ایجاد گردد. بنابراین در بحث نظری می توان این گونه استدلال و ادعا کرد که یک گیربکس cvt چیزی در حدود بی نهایت دنده را شامل می گردد که قادرند در هر زمان و با هر دور موتوری انطباق یافته و کار خود را به خاتمه برسانند.

به طور کل می توان این گونه ادعا کرد که کارایی کاملا ساده و بی گسست نمونه های مختلف از گیربکس cvt (به خصوص نسل جدید آنها) این جعبه دنده ها را به یک سیستم انتقال قدرت مناسب و ایده آل برای طیف گسترده ای از خودروها تبدیل کرده است. در این میان حتی می توان از قابلیت های متعدد نسل جدید این جعبه دنده ها در بحث انتقال توان سایر ابزارها و وسایل مشابه با خودروها نیز استفاده کرد. ابزارهایی که بخش مهمی از آنها را ابزارهای قدرتی شناخته شده ای نظیر تراکتورها، ماشین های خرمن کوب، ماشین های برف روب، مته های قدرتی یا سایر ابزارهای مشابه تشکیل می دهند.

البته پیش از این هم در نمونه های مختلف از طیف قابل توجه ابزارهایی که به آنها اشاره شد نیز از سیستم انتقال نیروی پیوسته استفاده می شده است. بد نیست به این نکته هم اشاره گردد که در تمام گونه های این سیستم انتقال قدرت از تسمه هایی با لاستیک فشرده بهره می گیرند. تسمه هایی که قادرند کشیده شده یا سر بخورند. فرآیندی که در مواقعی باعث هدر رفتن انرژی و کاهش کارایی کلی ماشین خواهد گشت.

از همین رو می توان ادعا کرد که یکی از مهمترین پیشرفت های صورت گرفته در زمینه بهبود کارایی سیستم انتقال قدرت پیوسته، طراحی و توسعه تسمه های فلزی بوده است. در ساخت این تسمه های قابل انعطاف به طور عمده از نه تا دوازده نوار فولادی استفاده شده است. نوارهایی که با استحکام و انعطاف پذیری قابل ذکر خود تکه های فلزی پی شکل و بسیار مقاومی را در کنار یکدیگر نگه داشته اند (عدد پی یونانی).

برخلاف نمونه های لاستیکی، تسمه های فلزی مذکور به ندرت می لغزند و از دوام بسیار بیشتری نسبت به آنها برخوردار هستند. خصلتی که به جعبه دنده های مبتنی بر این تسمه ها رخصت انتقال گشتاور بیشتری را خواهد داد. ضمن آن که تسمه های فلزی یاد شده تا حد قابل توجهی آرام تر از تسمه های لاستیکی کار می کنند.

مزایای استفاده از گیربکس cvt

به موجب استفاده از گیربکس cvt میزان مصرف سوخت توسط خودروهای مبتنی بر این جعبه دنده ها گاه تا میزان 20 درصد نسبت به حالتی که از جعبه دنده های اتوماتیک معمولی استفاده می گردد، کاهش می یابد. همچنین در صورت استفاده از این جعبه دهنده های نسبتا نوظهور، میزان عملکرد و به همان نسبت کارایی دینامیکی خودروها نسبت به حالت استفاده از جعبه دنده های اتوماتیک معمولی بهبود قابل توجهی خواهد یافت. امری که به دلیل انتقال روان قدرت موتور و حالت بی گسست این انتقال در فرایند حرکت خودرو امکان پذیر شده است.

استفاده از گیربکس cvt فرآیند شتاب دریافت خودروهای نسل جدید را نیز بهبود بخشیده و میزان توان خروجی موتور آنها را در بهترین گستره کارایی شان افزایش خواهد داد. به عبارت بهتر فرآیند شتاب دریافت خودروهای نسل جدید در هنگام مجهز بودن خودرو به گیربکس cvt با کمترین میزان مصرف سوخت ممکن، امکان پذیر خواهد گشت.

از دیگر مزیت هایی که نسل جدید از جعبه دنده های مذکور نسبت به جعبه دهنده های اتوماتیک معمولی یا جعبه دهنده های دستی با خود به ارمغان می آورد، امکان تعویض دنده ملایم و یکنواخت بدون ایجاد سر و صدا است. به منظور تحقق یافتن این موضوع، جعبه دنده های نسل جدید این اجازه را به موتور خودرو می دهند که تا حد امکان نزدیک تر به حد مطلوب دور موتور خود کار کنند. امری که در کنار فرآیند بهینه سازی مصرف سوخت توسط این جعبه دنده ها قرار می گیرد و کارایی موتور خودرو را در کنار میزان عملکرد کلی آن افزایش می دهد.

با این اوصاف انتظار می رود که به تدریج شاهد پیشرفت تکنولوژی های به کار رفته در طراحی گیربکس cvt باشیم و میزان استفاده از این گیربکس در تولید خودروهای نسل جدید هم به همان نسبت افزایش یابد.