گیربکسCVT چیست؟ – به زبان ساده؛ مزایا و معایب

گیربکس CVT، نوعی سیستم انتقال قدرت است که برخلاف گیربکس‌های اتوماتیک معمولی از دنده‌های ثابت استفاده نمی‌کند. این گیربکس با کمک پولی‌های متغیر و تسمه یا زنجیر، نسبت انتقال را به‌صورت پیوسته تغییر می‌دهد. این خصوصیت به CVT قابلیت می‌دهد دور موتور را متناسب با شرایط رانندگی تنظیم کرده و حرکت نرم‌تری ایجاد کند. در این گزارش از مجله فرادرس به این محور می‌پردازیم که گیربکس CVT چیست و با نحوه بازده آن‌ها آشنا می‌شویم، سپس خصوصیت‌های آن‌ها را شرح می‌دهیم و مزایا و معایب گیربکس‌های CVT را بیان می‌کنیم.

«گیربکس با نسبت انتقال پیوسته متغیر» (Continuously Variable Transmission | CVT) نوعی گیربکس اتوماتیک است که برخلاف گیربکس‌های معمولی، دنده‌های ثابت ندارد و نسبت انتقال را به‌صورت پیوسته تغییر می‌دهد. رایج‌ترین نوع CVT از دو پولی با قطر مؤثر متغیر و یک تسمه یا زنجیر تشکیل شده و با تغییر موقعیت تسمه، نسبت انتقال را تنظیم می‌کند. این ساختار می‌تواند باعث حرکت نرم‌تر و در شرایط مناسب، مصرف سوخت بهینه‌تر شود؛ البته سیستم‌های eCVT در خودروهای هیبریدی ممکن است ساختار دقیقاً متفاوتی داشته باشند.

بله، اما گیربکس CVT با گیربکس‌های اتوماتیک معمولی تفاوت دارد. در یک گیربکس اتوماتیک متداول، چند دنده با نسبت‌های انتقال مشخص وجود دارد؛ اما CVT به‌جای استفاده از دنده‌های ثابت، از سازوکار متفاوتی برای انتقال قدرت استفاده می‌کند. به همین دلیل، تعویض دنده‌ها به‌طور مرحله‌ای و محسوس در آن وجود ندارد.

برای درک بهتر تفاوت CVT با گیربکس‌های اتوماتیک معمولی آن‌ها را در جدول زیر با هم مقایسه می‌کنیم.

ساختار CVT در نگاه اول ممکن است عجیب به نظر برسد، اما مفهوم آن نسبتاً ساده است. پولی‌های ورودی و خروجی می‌توانند قطر مؤثر خود را تغییر دهند و در حاصل، نسبت بین سرعت چرخش موتور و چرخ‌ها را به‌طور مداوم تنظیم کنند. این قابلیت به سیستم انتقال قدرت اجازه می‌دهد مقدار دور خروجی از گیربکس را، بسته به شرایط رانندگی و استراتژی کنترل، در محدوده موردنظر نگه دارد.

در ابتدا، CVT بیشتر در خودروهای کوچک و کم‌توان مورد استفاده قرار می‌گرفت؛ اما با پیشرفت فناوری، طراحی این گیربکس‌ها نیز توسعه پیدا کرد و استفاده از آن‌ها به خودروهای قدرتمندتر و مدل‌های هیبریدی گسترش یافت.

امروزه CVT را می‌توان در بسیاری از خودروهای تولیدشده توسط شرکت‌هایی مانند تویوتا، لکسوس، هوندا، نیسان و سوبارو مشاهده کرد. البته همه CVTها از یک ساختار یکسان استفاده نمی‌کنند و در خودروهای هیبریدی نیز ممکن است از معماری متفاوتی برای ایجاد انتقال قدرت پیوسته استفاده شود.

یکی از مزیت‌های مهم CVT این است که می‌تواند نسبت انتقال را بدون تعویض دنده‌های ثابت تغییر دهد. این قابلیت در شرایط مناسب می‌تواند به حفظ دور موتور در محدوده کارآمد و در خروجی، بهبود مصرف سوخت و نرمی حرکت کمک کند. البته میزان بازده و بازده CVT به نوع طراحی، شرایط رانندگی و سیستم انتقال قدرت خودرو بستگی دارد و نمی‌توان یک عدد ثابت را برای همه CVTها در نظر گرفت.

یادگیری مکانیک خودرو بیشتر جنبه مهارتی و عملی دارد. برای این منظور یادگیری مباحث مربوط به مکانیک خودرو زمانی بهتر انجام می‌شود که در کنار آموزش‌های تئوری، دانشجو بتواند آموخته‌های خود را به‌صورت عملی در محیط کارگاه آموزشی یا تعمیرگاه خودرو تجربه کند. بنابراین در دانشگاه‌هایی که این رشته را ارائه می‌کنند نیز همواره در کنار واحدهای تئوری این رشته از واحدهای عملی و کارگاهی نیز استفاده می‌شود. برای مثال پس از آموزش سیستم سوخت رسانی انژکتوری یا سیستم برق خودرو کارگاه‌های مربوطه نیز به دانشجو ارائه می‌شود تا بتواند آموخته‌های خود را در محیط کارگاهی نیز تجربه کند.

از سوی دیگر استفاده از فیلم‌های آموزشی نیز می‌‌تواند در تکمیل فرآیند آموزش نقش مهمی ایفا کنند. برای این منظور فیلم‌های آموزشی متنوعی در حوزه مکانیک خودرو در فرادرس تهیه شده است که برخی از آن‌ها را در فهرست زیر مشاهده می‌کنید.

در ادامه فرادرس، دوره‌های ویدیویی بسیار متنوع و کاربردی را در زمینه تعمیر و نگهداری خودرو به انتشار رسانده که اگر به این مباحث علاقه‌مند هستید می‌توانید آن‌ها را از طریق لینک زیر مشاهده کنید.

گیربکس CVT از دو پولی با قطر مؤثر متغیر تشکیل شده است که به وسیله یک تسمه یا زنجیر به یکدیگر متصل هستند. یکی از پولی‌ها به موتور و دیگری به چرخ‌ها متصل است. با تغییر فاصله دو طرف هر پولی، محل قرارگیری تسمه یا زنجیر روی پولی تغییر می‌کند و در برآیند نسبت انتقال قدرت به‌صورت پیوسته تغییر می‌یابد.

هنگام فشردن پدال گاز، سیستم کنترل CVT با توجه به عواملی مانند سرعت خودرو و میزان درخواست راننده، نسبت انتقال مناسب را انتخاب می‌کند. برای مثال، هنگام آغاز حرکت، CVT نسبت انتقالی را فراهم می‌کند که برای شتاب‌گیری مناسب است. با صعود سرعت، نسبت انتقال به‌تدریج تغییر می‌کند تا موتور بتواند در محدوده مناسب دور موتور کار کند. سیستم کنترل گیربکس CVT توسط ECU گیربکس انجام می‌شود.

ای سی یو گیربکس گزارش‌ها لازم را از انواع سنسورهای موجود در خودرو دریافت می‌کند. با توجه به اینکه غیر از سیستم انتقال قدرت خودرو، انواع سیستم‌های متنوعی مانند سیستم جرقه‌زنی در خودرو وجود دارد، بنابراین لازم است تا فعالیت‌های مربوط به گیربکس خودرو در ارتباط و هماهنگی با سایر بخش‌های خودرو باشد. برای آشنایی با انوع سیستم‌های موجود در خودرو می‌توانید فیلم آموزش معرفی انواع سیستم خودرو فرادرس را مشاهده کنید.

از آنجا که CVT دنده‌های ثابت و مراحل مشخص تعویض دنده ندارد، تغییر نسبت انتقال به‌صورت پیوسته انجام می‌شود. به همین دلیل، راننده ضربه یا مکث متداول هنگام تعویض دنده در گیربکس‌های اتوماتیک سنتی را احساس نمی‌کند.

یکی از مشخصه‌های قابل توجه CVT این است که دور موتور همیشه متناسب با سرعت خودرو صعود پیدا نمی‌کند. برای مثال، هنگام شتاب‌گیری شدید ممکن است دور موتور سریع‌تر صعود یابد و سپس برای مدتی در محدوده نسبتاً ثابتی باقی بماند، در حالی که سرعت خودرو همچنان در حال صعود است. این رفتار یکی از دلایلی است که صدای موتور خودروهای مجهز به CVT هنگام شتاب‌گیری ممکن است با خودروهای دارای گیربکس دنده‌ای یا اتوماتیک معمولی متفاوت باشد.

در نسل‌های تازه CVT، فناوری کنترل و طراحی پولی‌ها و تسمه‌ها پیشرفت کرده است. برخی سازندگان نیز برای ایجاد حس آشناتر هنگام رانندگی، نسبت‌های انتقال از پیش تعریف‌شده را به‌صورت نرم‌افزاری شبیه‌سازی می‌کنند. برای نمونه، نیسان در برخی ادیشن‌های Xtronic از الگوریتم‌هایی استفاده می‌کند که حس تغییر مرحله‌ای نسبت انتقال را ایجاد می‌کنند، در حالی که ساختار اصلی CVT همچنان بدون دنده‌های ثابت است.

در خودروهای هیبریدی نیز سیستم‌هایی با بازده مشابه CVT وجود دارند. برای مثال، در یکی از محصولات تویوتا از مجموعه دنده سیاره‌ای و موتور ژنراتورها برای تقسیم و ترکیب توان موتور بنزینی و سیستم الکتریکی استفاده می‌کند. این ساختار توانایی ایجاد رفتار مشابه انتقال قدرت پیوسته را فراهم می‌کند، اما از نظر مکانیکی با CVTهای معمولی دارای تسمه و پولی یکسان نیست. گیربکس خودرو یکی از بخش‌‌های مهم در سیستم انتقال قدرت محسوب می‌‌شود. برای کسب تبیینات بیشتر درباره سیستم انتقال قدرت در خودرو می‌توانید فیلم آموزش تکنولوژی انتقال قدرت خودرو فرادرس را مشاهده کنید.

همه سیستم‌هایی که با عنوان CVT شناخته می‌شوند، ساختار و نحوه عملکرد یکسانی ندارند. برای مثال، برخی سیستم‌های هیبریدی هوندا که با عنوان eCVT معرفی می‌شوند، از نظر مکانیکی با CVTهای متداول که از تسمه و پولی استفاده می‌کنند، تفاوت دارند.

از سوی دیگر، برخی خودروهای هیبریدی نیز از سیستم‌های انتقال قدرتی استفاده می‌کنند که رفتاری مشابه CVT دارند و نسبت انتقال را به‌صورت پیوسته تغییر می‌دهند، اما سازوکار داخلی آن‌ها با CVTهای معمولی دقیقاً متفاوت است.

بنابراین، هنگام مرور یا مقایسه گیربکس‌های CVT، نباید تنها به نام CVT یا eCVT توجه کنیم، بلکه باید ساختار و نحوه انتقال قدرت در سیستم موردنظر را نیز در نظر گرفت.

CVTهای متداول که در بسیاری از خودروهای بنزینی و هیبریدی استفاده می‌شوند، از دو پولی تشکیل شده‌اند که به وسیله یک تسمه یا زنجیر به یکدیگر متصل هستند. یکی از این پولی‌ها به ورودی گیربکس، یعنی موتور، متصل است و پولی دیگر در خروجی گیربکس قرار دارد و گشتاور را به چرخ‌های محرک منتقل می‌کند.

هر پولی از دو بخش مخروطی‌شکل تشکیل شده است که می‌توانند فاصله خود را نسبت به یکدیگر تغییر دهند. با تغییر این فاصله، تسمه یا زنجیر در موقعیت بالاتر یا پایین‌تری روی سطح پولی قرار می‌گیرد. در برآیند، قطر مؤثر هر پولی تغییر می‌کند و نسبت انتقال نیز به‌صورت پیوسته تغییر می‌یابد.

برای مثال، هنگامی که قطر مؤثر پولی متصل به موتور کوچک‌تر و قطر مؤثر پولی خروجی بزرگ‌تر باشد، نسبت انتقال برای رشد گشتاور مناسب‌تر است و به خودرو کمک می‌کند راحت‌تر شتاب بگیرد. با برعکس شدن این وضعیت، یعنی صعود قطر مؤثر پولی ورودی و کم شدن قطر مؤثر پولی خروجی، نسبت انتقال برای حرکت با سرعت بالاتر مناسب می‌شود.

CVT می‌تواند این نسبت انتقال را به‌صورت پیوسته در محدوده‌ای بین کمترین و بیشترین نسبت قابل دستیابی تغییر دهد. به این ترتیب، در زمان آغاز حرکت و شتاب‌گیری، سیستم می‌تواند گشتاور بیشتری را به چرخ‌ها منتقل کند و با صعود سرعت خودرو، نسبت انتقال را به‌تدریج تغییر دهد تا سرعت چرخ‌ها بیشتر شدن یابد.

برخی خودروهای هیبریدی، مانند مدل‌های مجهز به «سامانه هیبریدی هم‌افزای تویوتا» (Toyota Hybrid Synergy Drive)، از ساختاری متفاوت نسبت‌ به CVTهای متداول استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها، به‌جای پولی‌ها و تسمه مورد استفاده در CVTهای سنتی، دو موتورژنراتور الکتریکی و یک مجموعه دنده سیاره‌ای (Planetary Gearset) وظیفه مدیریت انتقال قدرت را بر عهده دارند.

این نوع سیستم که معمولاً eCVT نامیده می‌شود، با تغییر سرعت چرخش موتورهای الکتریکی و نحوه توزیع توان میان موتور بنزینی، موتورهای الکتریکی و چرخ‌ها، نسبت انتقال مؤثر را به‌صورت پیوسته تغییر می‌دهد. در برخی شرایط، موتورهای الکتریکی حتی می‌توانند با سرعت‌های متفاوت یا در جهت‌های مختلف نسبت به یکدیگر کار کنند تا نسبت انتقال موردنیاز ایجاد شود.

خروجی نهایی مشابه CVTهای تسمه‌ای است؛ یعنی سیستم می‌تواند بدون دنده‌های ثابت و با تعداد تقریباً نامحدودی از نسبت‌های انتقال مؤثر کار کند. با این حال، روش دستیابی به این قابلیت دقیقاً متفاوت است، زیرا به‌جای پولی و تسمه از ترکیب دنده سیاره‌ای و موتورهای الکتریکی استفاده می‌شود. برای کسب گزارش‌ها بیشتر درباره خودروهای هیبریدی می‌توانید مطلب خودروی هیبریدی چیست از مجله فرادرس را مطالعه کنید.

مزیت اصلی CVT، تغییر پیوسته نسبت انتقال و توانایی حفظ دور خروجی در محدوده مناسب است که می‌تواند به حرکت نرم و مصرف سوخت کمتر کمک کند. در مقابل، هزینه تعمیر، حساسیت به سرویس صحیح و حس متفاوت شتاب‌گیری و صدای جانبی از نکاتی هستند که هنگام انتخاب خودروی مجهز به CVT باید در نظر گرفته شوند.

در قسمت زیر مزایای استفاده از گیربکس‌های CVT را شرح می‌دهیم.

معایب گیربکس‌های CVT را در فهرست زیر مشاهده می‌کنید.

اگر خودروی شما به گیربکس CVT مجهز است، بهتر است نحوه کارایی آن را زیر نظر داشته باشید و در صورت مشاهده اصلاحات غیرعادی، نسبت به تحلیل آن اقدام کنید. بعضی علائم می‌توانند نشان‌دهنده وجود مشکل در گیربکس یا سیستم کنترل آن باشند. در فهرست زیر آن‌ها را شرح می‌دهیم.

ایده استفاده از انتقال قدرت با نسبت متغیر سابقه‌ای طولانی دارد. لئوناردو داوینچی حدود سال ۱۴۹۰ طرحی مفهومی از مکانیزمی با قابلیت تغییر نسبت انتقال ارائه کرده بود. با این حال، توسعه عملی و اختراع‌های ثبت‌شده مرتبط با سیستم‌های انتقال سرعت متغیر چند قرن بعد و در اواخر قرن نوزدهم آغاز شد.

در سال ۱۸۷۹، میلتون ریوز (Milton Reeves) در ایالات متحده یک سیستم انتقال سرعت متغیر برای استفاده در صنایع چوب و دستگاه‌های اره طراحی کرد. او بعدها در سال ۱۸۹۶ این فناوری را در وسیله نقلیه خود به کار گرفت و سیستم انتقال متغیر ریوز نیز در برخی وسایل نقلیه دیگر مورد استفاده قرار گرفت.

در سال ۱۹۱۱، موتورسیکلت Zenith Gradua 6HP به یک سیستم انتقال متغیر مبتنی بر پولی مجهز شد. یک سال بعد، شرکت Rudge Whitworth نیز سیستم Multigear را با طراحی مشابه و بهبودیافته معرفی کرد.

در دهه ۱۹۲۰، استفاده از سیستم‌های انتقال متغیر در خودروها نیز ادامه پیدا کرد. از نمونه‌های اولیه می‌توان به خودروهای سه‌چرخ David در اسپانیا، Clyno در بریتانیا و Constantinesco Saloon اشاره کرد. خودروهای David که بین سال‌های ۱۹۱۳ تا ۱۹۲۳ تولید شدند، از سیستم انتقال مبتنی بر تسمه و پولی استفاده می‌کردند.

شرکت DAF با معرفی DAF 600 در سال ۱۹۵۸ و آغاز تولید آن در سال ۱۹۵۹، گام مهمی در تجاری‌سازی این فناوری برداشت. این خودرو معمولا به‌عنوان نخستین خودروی تولید انبوه مجهز به سیستم انتقال قدرت CVT شناخته می‌شود. البته در صنعت خودرو، نمونه‌های اولیه گیربکس‌های CVT پیش از ورود شرکت هلندی DAF به این حوزه نیز ساخته شده بودند.

سیستم انتقال قدرت DAF 600 که Variomatic نام داشت، از دو مجموعه پولی با قطر مؤثر متغیر و تسمه استفاده می‌کرد. تغییر هم‌زمان قطر مؤثر پولی‌ها باعث می‌شد نسبت انتقال قدرت بدون استفاده از دنده‌های ثابت تغییر کند. به این ترتیب، خودرو می‌توانست با توجه به سرعت و شرایط رانندگی، نسبت انتقال مناسبی را به‌صورت پیوسته انتخاب کند؛ ایده‌ای که اساس نحوه عملکرد بسیاری از سیستم‌های CVT مدرن نیز محسوب می‌شود.

یادگیری مهندسی مکانیک مسیر مناسبی برای افرادی است که به طراحی، ساخت و کارایی ماشین‌آلات و سیستم‌های مکانیکی علاقه دارند. این رشته حوزه‌های متنوعی مانند مکانیک جامدات، دینامیک، ترمودینامیک، سیالات، انتقال حرارت، طراحی اجزای ماشین و ساخت و تولید را شامل می‌شود. برای ابتدا، بهتر است یادگیری را از مباحث پایه ریاضیات، فیزیک و نقشه‌خوانی صنعتی آغاز کنید و سپس به سراغ دروس تخصصی‌تر بروید.

در ادامه، یادگیری نرم‌افزارهایی مانند AutoCAD، SolidWorks و CATIA می‌تواند مهارت‌های عملی شما را تقویت کند. در ادامه آشنایی با برنامه‌نویسی، شبیه‌سازی و ابزارهای تحلیل مهندسی مانند ANSYS برای ورود به بسیاری از موقعیت‌های شغلی مفید است.

برای یادگیری مباحث مربوط به مهندسی مکانیک می‌توانید از آموزش‌های متنوعی که در فرادرس تهیه شده است نیز استفاده کنید. در فهرست زیر برخی از این آموزش‌ها را مشاهده می‌کنید.

برای یادگیری سایر دروس و مطالب مرتبط با مهندسی مکانیک می‌توانید از لینک زیر استفاده کنید.

در ابتدای این مطلب از مجله فرادرس با گیربکس‌های CVT و نحوه کارکرد آن‌ها آشنا شدیم. برای این منظور در ابتدا ساختار آن‌ها را مرور کردیم و نقش سیستم کنترل CVT در تغییر نسبت انتقال را ارزیابی کردیم. سپس قابلیت‌های گریبکس‌های CVT را شرح دادیم. برای این منظور ساز و کار گیربکس‌های متداول CVT را بیان کردیم.

در ادامه مزایا و معایب این گیربکس‌ها را شرح دادیم. برای این منظور در ابتدا مزیت‌های گیربکس‌های CVT و سپس معایب این گیربکس‌ها را بیان کردیم. برخی از مشکلات مربوط به گیربکس‌های CVT را شرح دادیم. مواردی مانند تاخیر غیرعادی در درگیر شدن گیربکس، مشکلات مربوط به صداهای غیرعادی، لغزش یا نزول موقت قدرت، لرزش یا ضربه هنگام حرکت و تغییر غیرعادی وضعیت روغن گیربکس را شرح دادیم. در پایان کار نیز تاریخچه گیربکس CVT را بیان کردیم.

نوشته گیربکسCVT چیست؟ – به زبان ساده + مزایا و معایب اولین بار در فرادرس - مجله‌. پدیدار شد.

سوالات متداول

مهم‌ترین نکات درباره گیربکس چیست؟

جزئیات مهم و نکات قابل توجه درباره گیربکس در متن مقاله بررسی شده است.

آخرین اطلاعات درباره انتقال چیست؟

جدیدترین اطلاعات و تغییرات مربوط به انتقال در این گزارش ارائه شده است.

گیربکسCVT چیست؟ – به زبان ساده + مزایا و معایب چیست؟

در این مطلب اطلاعات، جزئیات و نکات مرتبط با گیربکسCVT چیست؟ – به زبان ساده + مزایا و معایب بررسی شده است.