خودروهای مجهز به جعبه‌دنده متغیر پیوسته یا همان گیربکس CVT توسط اکثر ماشین‌بازها مورد انتقاد قرار می‌گیرند. اما آیا این یک ارزیابی منصفانه است یا CVT شایسته احترام بیشتری است؟ با دیجی ماشین همراه باشید تا به پاسخی برای این پرسش برسیم.
CVTها به تازگی در بسیاری از سدان‌ها و شاسی بلندهای بزرگ و پرقدرت مورد استفاده قرار می‌گیرند. حتی خودروهای اسپرتی مثل سوبارو WRX نیز به جای جعبهدندههای سنتی از CVT استفاده می‌کنند و برخی از خودروهای هیبریدی نیز به e-CVT مجهز شده‌اند؛ گیربکسی که قدرت پیشرانه برقی و بنزینی را در یک شفت خروجی با نسبت دنده بی‌نهایت متغیر ترکیب می‌کند.
نحوه عملکرد جعبه‌دنده متغیر پیوسته یا همان گیربکس CVT
برای درک تنفر ماشین‌بازها از CVT ابتدا باید بدانیم که آن‌ها چه فرقی با جعبهدندههای اتوماتیک سنتی دارند. در یک جعبه‌دنده اتوماتیک سنتی، از فشار هیدرولیکی برای تغییر دنده استفاده می‌شود؛ اما در جعبه‌دنده CVT هیچ چرخ دنده‌ای وجود ندارد.
بیشتر CVTها از دو قرقره متصل به یک تسمه برای ارسال نیرو از موتور به چرخ‌ها استفاده می‌کنند. یک قرقره توسط یک نوار باریک و یک کلاچ به میل لنگ موتور متصل می‌شود. این قرقره ورودی یا قرقره محرک CVT است. قرقره دوم یا قرقره خروجی که از طریق تسمه به قرقره محرک متصل است، نیرو را به میل کاردان یا چرخ‌ها می‌فرستد.
یک یا هر دو قرقره از یک جفت مخروط تشکیل شده‌اند، که نوک هر کدام روبه‌روی یکدیگر قرار دارد تا مرکز قرقره را در کانالی که نوک مخروطی به آن می‌رسد، تشکیل دهند. مخروط‌ها بسته به شرایط رانندگی به صورت هیدرولیکی کنترل، به یکدیگر فشرده یا از یکدیگر جدا می‌شوند.
بررسی عملکرد در سرعت‌های پایین و بالا
در سرعت‌های پایین، دو مخروطی که قرقره محرک را تشکیل می‌دهند تا حد امکان از هم دور می‌شوند و به کمربندی که هر دو را به هم متصل می‌کند اجازه می‌دهند تا در باریک‌ترین قسمت قطر قرقره در سمت محرک قرار بگیرد. در این حالت شفت ورودی با سرعت بیشتری نسبت به شفت خروجی می‌چرخد و گشتاور را در چرخ‌ها به حداکثر می‌رساند. این حالت در واقع همان دنده یک جعبه‌دنده اتوماتیک معمولی را تقلید می‌کند و نسبت دنده‌ای ایجاد می‌کند که گشتاور را در دور موتور پایین به حداکثر می‌رساند.
با شتاب گرفتن خودرو، مخروط‌های قرقره ورودی به آرامی جفت می‌شوند و نوک مخروط‌ها را به هم نزدیک می‌کنند و کمربند را از دیوار مخروط‌ها بالا می‌برند. این کار قطر موثر قرقره را بزرگتر می‌کند.
سپس قرقره ورودی نسبت به قرقره خروجی بسیار آهسته‌تر می‌چرخد. این مقدار معادل یک دنده اوردرایو در گیربکس سنتی است که سرعت نهایی چرخ‌ها را در دور موتور پایین به حداکثر می‌رساند. در یک خودروی مدرن، هر دو قرقره از مخروط ساخته می‌شوند تا تغییرپذیری بیشتری در نسبت دنده و در نتیجه محدوده سرعت بزرگتری ایجاد شود.
تاریخچه گیربکس CVT
CVTها از زمان اختراع خودروها وجود داشته‌اند؛ بنز پتنت موتورواگن یک CVT ابتدایی با تسمه و قرقره داشت. اولین خودروی تجاری با جعبه‌دنده متغیر پیوسته نیز در سال ۱۹۲۳ توسط شرکت بریتانیایی کلاینو عرضه شد.
این CVTهای اولیه فقط می‌توانستند قدرت کمی را منتقل کنند؛ بیشتر موفقیت‌های کلاینو توسط موتورسیکلت‌های دو تا پنج اسب بخار رقم خورد. متاسفانه کلاینو پیش از آنکه بتواند خودروهای مجهز به CVT بیشتری بسازد، در اوایل دوران رکود بزرگ ورشکسته شد و نامش به عنوان یک پاورقی در تاریخ خودروسازی به ثبت رسید. چند دهه طول کشید تا اولین CVT موفق تجاری از راه برسد. در سال ۱۹۵۸، شرکت داف خودروی شهری ۶۰۰ را با گیربکس موسوم به “واریوماتیک” عرضه کرد.
واریوماتیک، گیربکس ابداعی داف
واریوماتیک یک CVT ابتدایی ادغام‌شده در محور عقب بود. این جعبه‌دنده از قرقرههای بزرگ و کمربندهای لاستیکی استفاده می‌کرد که در طول زمان کشیده و فرسوده می‌شدند (البته موتور ۵۹۰ سی‌‌سی ۲۲ اسب بخاری هواخنک داف عملکرد خوبی داشت). داف ۶۰۰ به لطف مصرف سوخت کم به یک موفقیت بزرگ در اروپا تبدیل شد. محصولات داف با گیربکس واریوماتیک حتی در دهه ۶۰ برای مدت کوتاهی در آمریکا به فروش رسیدند.
در نهایت فروش این مدل‌ها در آمریکا به دلیل عدم وجود دنده پارک در جعبه‌دنده واریوماتیک ممنوع شد. نکته دیگر اینکه به دلیل استفاده دنده عقب این خودرو از همان قرقرههای دنده محرک، داف ۶۰۰ می‌توانست در حالت دنده عقب هم با نهایت سرعت خودش یعنی ۷۵ مایل بر ساعت حرکت کند که این موضوع می‌توانست خطرناک و مشکل‌ساز باشد.
پس از خروج داف از بازار آمریکا، CVT دیگری تا سال ۱۹۸۹ در این کشور عرضه نشد. سوبارو جاستی با گیربکس مدرن‌تر -مجهز به دنده عقب بهتر و حالت پارک- دوباره جعبه‌دنده متغیر پیوسته را بر سر زبان‌ها انداخت. به لطف طراحی به کمک کامپیوتر و پیشرفت در علم مواد، این CVTها می‌توانستند قدرت بسیار بیشتری را بدون تخریب قابل توجه تسمه تحمل کنند. (برخی از CVTهای مدرن حتی از زنجیر فولادی بین قرقرههای خود به جای تسمه استفاده می‌کنند که طول عمر را افزایش می‌دهد). تا اوایل دهه ۲۰۰۰، هوندا، نیسان، سوبارو و تویوتا همگی خودروهای مجهز به CVT می‌ساختند.
انتقال قدرت توسط نوار لاستیکی
علاقه خودروسازان به CVTها -به خصوص در خودروهای اقتصادی مانند جاستی با توان ۶۶ اسب بخار- دو دلیل دارد. دلیل اول اینکه قطعات متحرک کمتری نسبت به یک جعبه‌دنده اتوماتیک سنتی دارند که هزینه تولید آن‌ها را کاهش می‌دهد. دلیل دوم اینکه سوخت کمتری مصرف می‌کنند. از آنجا که نسبت دنده بی‌نهایت و پیوسته متغیر است، یک CVT همیشه موتور را در بهینه‌ترین دور موتور خود نگه می‌دارد. هر کسی که تا به حال با یک خودروی مجهز به CVT رانندگی کرده باشد، احتمالا با این حس آشنایی دارد.
دور موتور در شتاب زیاد ناگهان افزایش پیدا می‌کند، چون قرقره ورودی گیربکس به موتور اجازه می‌دهد تا در دور موتوری بچرخد که در آن حداکثر گشتاور را تولید می‌کند. با افزایش سرعت، قرقرههای ورودی و خروجی طوری CVT تنظیم می‌شوند تا موتور در نقطه مطلوب خود باقی بماند.
هنگامی که خودرو به سرعت عادی می‌رسد و دریچه گاز کمی بسته می‌شود، قرقره شفت ورودی منبسط و قرقره شفت خروجی منقبض می‌شود و سرعت موتور را برای عملکرد موثر کاهش می‌دهد. این کار به نرمی و بدون مکث مانند یک جعبه‌دنده سنتی انجام می‌شود. گاز دادن ملایم با تنظیم اندازه قرقره برای حفظ سطح دور موتور همراه می‌شود. این نکته در صرفه‌جویی در مصرف سوخت نقش مهمی دارد.
بهبود کارایی در نسخه‌های مدرن گیربکس CVT
در حالی که CVTهای اولیه بخشی از این کارایی را به دلیل اصطکاک و حرارت بالا از دست می‌دادند، CVTهای مدرن بسیار پیشرفته‌تر هستند. به گفته جتکو، سازنده گیربکس که اغلب با تولیدکنندگان بزرگ ژاپنی همکاری می‌کند، برخی از CVTهای اخیر این شرکت از مرز راندمان ۹۰ درصدی عبور کرده‌اند، شاهکاری که برای CVTها بسیار دشوار به نظر می‌رسد. این در حالی است که مبدل گشتاورهای اتوماتیک قدیمی‌تر راندمان ۸۵٪ داشتند.
حتی برخی از خودروهای مسابقه‌ای نیز به جعبهدندههای متغیر پیوسته مجهز شده‌اند. به عنوان مثال، سری مسابقات فرمول ۵۰۰ باشگاه خودروهای اسپرت آمریکا (SCCA) این مجوز را به تیم‌ها می‌دهد. در دهه ۹۰، فرمول ۱ استفاده از CVT را به طور کامل ممنوع کرد، چون از نظر آن‌ها رانندگی با خودروهای مجهز به جعبه‌دنده متغیر پیوسته بیش از حد آسان بود. پس چرا اکثر ماشین‌بازها آن‌ها را دوست ندارند؟
سر و صدای آزاردهنده
جعبهدندههای متغیر پیوسته در زمان شتاب‌گیری دور موتور را ثابت نگه می‌دارند. در حالی که این کار از نظر فنی کارآمدتر است، اما منجر به تولید صدای وزوز مداومی توسط موتور می‌شود و حس افزایش سرعت ناشی از تعویض دندهها را از بین میبرد. این موضوع باعث می‌شود رانندگی با خودرو جذابیت کمتری داشته باشد.
برخی از تولیدکنندگان CVTها را طوری برنامه‌ریزی می‌کنند تا “نقاط تغییر” داشته باشند. به جای تغییر یکنواخت قطر نسبی شفت‌های ورودی و خروجی برای حداکثر قدرت یا بازده، قطر شفت‌ها روی خط قرمز ثابت می‌ماند، و سپس به طور همزمان تغییر می‌کند تا دور موتور را کاهش دهد.
این کار چرخ‌دنده‌های یک جعبه‌دنده اتوماتیک سنتی را شبیه‌سازی می‌کند؛ در برخی خودروها مانند WRX جدید، این موضوع حتی به رانندگان اجازه می‌دهد تا از پدال‌های روی فرمان برای “تعویض” دنده استفاده کنند. با این استراتژی، سازندگان هنوز هم از مزایای CVTها -توانایی تغییر نسبت دنده فوری و هزینه‌های ساخت کمتر- برخوردار هستند، بدون اینکه جذابیت رانندگی را از بین ببرند.
جعبهدندههای E-CVT چطور؟ (که در واقع CVT نیستند)
خودروهایی مانند لکسوسLC 500h قدرت موتور الکتریکی و بنزینی را در یک جعبه‌دنده e-CVT ترکیب می‌کنند. این جعبه‌دنده‌ها سیستم کاملا متفاوتی نسبت به CVTهای سنتی دارند. به جای سیستم مخروط و کمربند، e-CVTها از یک مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای استفاده می‌کنند که نیروی موتور را با یک جفت موتور برقی-ژنراتور ادغام می‌کند. ویژگی‌های فنی این جعبه‌دنده پیچیده است، اما نکته مهم این است که مانند یک CVT معمولی، e-CVT اجازه می‌دهد تا موتور برای تولید قدرت خالص یا شارژ باتری در دور موتور بهینه کار کند. نسبت دندهها را می‌توان به دلخواه انتخاب کرد و صدای سنتی جعبهدندههای CVT هنوز هم وجود دارد.
در حالی که ماشین‌بازها از احتمال آینده‌ای با موتورهایی دارای صدای وزوز مداوم متنفر هستند، ممکن است گزینه‌های جایگزینی برای آن‌ها وجود داشته باشد: برخی از مدل‌های هیبریدی به طور کامل گیربکس‌ها را کنار گذاشته‌اند. سیستم دایرکت درایو کونیگزگ که برای اولین بار در رگرا پیاده‌سازی شد، نیروی موتور را یا به طور مستقیم به ژنراتورها برای شارژ باتری یا به چرخ‌ها برای حرکت منتقل می‌کند. بیشتر خودروهای برقی دارای دنده‌های تک‌سرعته هستند که به عنوان گیربکس عمل می‌کنند. بنابراین ممکن است دوران جعبهدندههای متغیر پیوسته و همچنین جعبهدندههای چندسرعته به زودی به پایان برسد.
