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 پیشرانه 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 پیشرانه 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.

نمایش عملکرد گیربکس CVT

انواع CVT

اصولاً CVT ها سه جز اساسی دارند :

یک تسمه لاستیکی یا فلزی با توان کششی بالا
یک قرقره متغیر ورودی
یک قرقره متغیر خروجی

CVT ها همچنین ریزپردازنده ها و سنسورهایی نیز دارند اما اجزای اصلی و کلیدی آنها همان سه مورد بالا می باشد. امروزه تحقیقات زیادی بر روی انواع گوناگونی از سیستمهای انتقال قدرت پیوسته متغیر انجام شده که برخی از آنها عبارتند از :

– CVTنوع تسمه فشاری ،
– CVTنوعtoroidal  یا محرک کششی
– CVT نوع تسمه ای الاستومر با قطر متغیر
–  CVT با هندسه متغیر
–  CVT نوع محرک کششی انحرافی

و انواع دیگری که تحقیقات روی آنها ادامه دارد.

CVT  نوع تسمه فشاری

در این نوع که پر کاربردترین نوع از سیستمهای CVT است، یک تسمه توان را بین دو قرقره مخروطی که یکی ثابت و دیگریمتحرک است منتقل می کند. هر قرقره از دو مخروط با زوایایی حدود ۲۰ درجه تشکیل می شود که یک تسمه V شکل نیزروی شیار بین دو قرقره سوار می شود. بسته به فاصله بین مخروطهای هر قرقره مقدار دور تسمه روی هر قرقره مشخص می شود. چنانچه دو مخروط به هم نزدیک باشند، قطر حلقه تسمه روی آن قرقره زیاد و اگر خوا از هم دور شوند، قطر حلقه کم می شود. وقتی قطر یک قرقره افزایش می یابد، قطر طرف دیگر کاهش می یابد تا سفتی تسمه حفظ شود. جهت اعمال نیروی لازم برای تنظیم فاصله بین مخروطهای هر قرقره می توان از فشار هیدرولیک، نیروی گریز از مرکز یا فنرهای کششی استفاده کرد.

همانطور که دیدیم به صورت تئوری و با استفاده از این روش بینهایت نسبت انتقال می توان ساخت. در واقع می توان گفتشاید بهترین گزینه برای سیستم انتقال قدرت همین CVT باشد. اما باید توجه داشت که تسمه می تواند بلغزد یا کش بیاید که این خود سبب افت راندمان می گردد. اما با استفاده از مواد جدید در ساخت تسمه ها این افت را حتی الامکان کاهش داده اند. یکی از مهمترین پیشرفتها در این زمینه استفاده از تسمه های فولادی است. (شکل۲-۲۰) این تسمه های انعطاف پذیر از چندین نوار باریک فلزی (بین ۹(۱۲- که بصورت محکمی روی هم قرار گرفته اند تشکیل شده است. این تسمه های فلزی نمی لغزند و دوام بالایی دارند و امکان انتقال گشتاورهای بزرگتری با استفاده از آنها وجود دارد. این تسمه ها همچنین کم سروصدا تر از تسمه های لاستیکی کار می کنند.

مدلی از تسمه های فولادی مورد استفاده در CVT  نوع تسمه فشاری

در این نوع CVT  یک سنسور، خروجی موتور را حس کرده و سپس یک مدار برقی فاصله بین قرقره ها و در نتیجه کششتسمه را افزایش یا کاهش می دهد. تغییر پیوسته فاصله بین قرقره ها مشابه عمل تعویض دنده می باشد.

CVT نوعtoroidal   یا محرک کششی

در این نوع ازCVT قرقره ها و تسمه ها توسط دیسکها و غلتکهای انتقال قدرت جایگزین می شوند. اگرچه این سیستم کاملاًمتفاوت از سیستم قبل بنظر می آید، ولی همه اجزا آن قابل مقایسه با CVT از نوع تسمه فشاری می باشد. به این صورت که:یک دیسک به موتور متصل است که در واقع معادل قرقره محرک است.دیسک دیگر به شفت متحرک متصل است که معادل قرقره متحرک است. غلتکها نیز بین دیسکها عمل می کنند، همانند تسمه که در شیار بین قرقره ها قرار دارد.غلتکها در امتداد دو محور می چرخند. آنها حول محور افقی گردش می کنند و حول محور عمودی کج می شوند که این امر سبب می شود که غلتکها با دیسک در سطوح مختلف تماس پیدا کنند و همین سبب ایجاد نسبتهای انتقال گوناگون می شود. مثلاً هنگامیکه یکی از لبه های غلتکها با نقطه با قر کم دسک محرک در تماس باشد، لبه دیگر غلتکها بایستی نقطه با قطر زیاد دیسک متحرک را لمس می کند؛که نتیجه آن کاهش در سرعت و افزایش گشتاور است و برعکس.

CVT نوع تسمه ای الاستومر با قطر متغیر

در این نوع CVT ، از یک تسمه مسطح و انعطاف پذیر که روی تکیه گاههای متحرک قرار گرفته استفاده می شود. این تکیهگاهها می توانند شعاع را تغییر داده و در نتیجه نسبت انتقال نیرو را عوض کنند. (شکل۲-۲۲) با این وجود، در نسبتهای دنده بالا تکیه گاهها جدا شده و یک مسیر ناپیوسته دنده را ایجاد می کنند که منجر به مشکلاتی نظیر خزش و لغزش می گردد.

انواع دیگر CVT

انواع دیگری از CVT نیز وجود دارد، ولی کاربرد آنها به اندازه نوع فشاری و Toroidal گسترش نیافته است. در نوع محرککششی انحرافی از یک محور مخروطی و لولا برای تعویض دنده در CVT استفاده می شود و یا برعکس. به این ترتیب یک نسبت دنده پیوسته ایجاد می شود.

در CVT با هندسه متغیر از چرخ دنده های خورشیدی قابل تنظیم برای تغییر نسبت دنده ها استفاده می گردد. این نوع CVTبیشتر شبیه CVTهای متداول و سیستم انتقال قدرت معمولی قابل انعطاف می باشد.

مروری بر باز و بست و بررسی اجزاء گیربکس CVT

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.

مزایای گیربکس‌های CVT

پیشرانه‌‌های 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 پیشرانه 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.

رانندگان اغلب با تعویض نرم دنده مواجه نیستند، ولی در سیستم‌های CVT عمل تغییر نسبت انتقال به نرمی صورت می‌گیرد. به نحوی که راننده یا مسافران تنها شتاب گرفتن اتومبیل را احساس می‌کنند. از نظر تئوری، CVT باعث خرابی کمتر موتور و انتقال مطمئن‌تر توان تولیدی موتور خواهد شد، در حالیکه تعویض سریع دنده و دنده‌های مجزا باعث می‌شود که موتور در سرعتی غیر از سرعت بهینه کار کند. علاوه بر این سیستم CVT راندمان و عملکرد بهتری دارد که در این بین راندمان متوسط این نوع گیربکس در تسمه لاستیکی بین ۹۰ تا ۹۵ درصد و همچنین در تسمه فولادی بین ۹۰ تا ۹۷ درصد است.
مزایای کلی گیربکس‌های CVT هم می‌تواند یکی کاهش ذرات آلاینده، کاهش مصرف سوخت، کارکرد موتور در دما و دور موتور پایین‌تر، افت توان کمتر و برخورداری از شتاب بیشتر، مطابقت با انواع مکانیزم‌های رایج کلاچ و در نهایت یکنواختی حرکت و رانندگی آرام از توقف کامل تا سرعت‌های بالا عنوان شود.

 معایب گیربکس‌های CVT

توسعه سیستم‌های CVT به دلایل مختلفی بسیار کند پیش می‌رود، از جمله اینکه به دلیل عملکرد مطلوب گیربکس‌های دستی و اتوماتیک در نسل‌های جدید که باعث کاهش مصرف سوخت با استفاده از آنان شده‌اند، دیگر نیازی به سیستم‌های انتقال قدرت CVTاحساس نمی‌شود. یکی از معایب اصلی مدل‌های اولیه گیربکس‌های CVT هم لغزش بین تسمه و غلتک‌ها بود، زیرا فاقد دندانه بوده و نمی‌توانستند یک اتصال مکانیکی صلب ایجاد کنند. محرک‌های اصطکاکی هم معمولا در معرض لغزش، بخصوص در گشتاورهای بزرگ قرار دارند.
در سال‌های ۱۹۵۰ تا ۱۹۶۰ میلادی هم موتورها برای جبران لغزش، در دورهای بالاتری کار می‌کردند، به خصوص هنگام شتاب‌گیری از حالت سکون و گشتاور ماکزیمم که باعث لغزش در سیستم می‌شدند که خب در سیستم‌های انتقال قدرت CVT امروزی این مشکلات تقریبا برطرف شده است.
البته همچنان معایبی هم در سیستم‌های انتقال قدرت CVT دیده می‌شود که طبق گزارشات مردمی، شامل سر و صدای نسبتا زیاد این دسته از جعبه دنده‌ها، هزینه تعمیرات بسیار سنگین که در داخل کشور ما هم چندان دانش فنی برای تعمیر و نگهداری از آنان وجود ندارد و یا اگر هم وجود داشته باشد بسیار محدود است و هزینه‌های سنگینی خواهد داشت و در نهایت هم شامل پیچیدگی سیستم انتقال قدرت CVT برای دارندگان این سیستم می‌شود که هنوز خیلی‌ها از نحوه کارکرد این دسته از جعبه دنده‌ها اطلاعاتی کافی ندارند. برعکس جعبه دنده‌های دستی که همه می‌دانند انتقال قدرت از طریق درگیری دو چرخ دنده با هم صورت می‌پذیرد.

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 پیشرانه 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 پیشرانه 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.

آشنایی با اصطلاحات تیپ ترونیک و شیفت ترونیک

تیپ ترونیک و شیفت ترونیک نوع خاصی از جعبه دنده‌ها به شمار نمی‌روند، بلکه به عنوان یک تکنولوژی و امکان ویژه برای تعویض دنده‌ها شناخته می‌شوند.

در گیربکس‌های اتوماتیک تیپترونیک و شیفت ترونیک بر خلاف گیربکس‌های اتوماتیک معمولی، این اختیار به راننده داده شده است که به صورت دستی و از طریق اهرم تعویض دنده یا از طریق شیفتر‌های تعبیه شده در پشت فرمان خودرو دستور سبک یا سنگین کردن دنده‌ها را بدهد.

در این سیستم اگر راننده اهرم تعویض را در حالت اتوماتیک قرار دهد تعویض دنده‌ها به صورت اتوماتیک انجام می‌شود، اما اگر اهرم را در وضعیت دستی قرار دهد می‌تواند با استفاده از حرکت خاص تعریف شده برای اهرم دنده یا با استفاده از شیفتر‌ها خود اقدام به تعویض دنده‌ها کند.

البته در این حالت چناچه تعویض دنده‌ها از جانب راننده به موقع صورت نپذیرد و از محدوده قرمز تعریف شده برای موتور و گیربکس عبور کند برای جلوگیری از آسیب به موتور و گیربکس، به صورت اتوماتیک دنده سبک می‌شود. لازم به ذکر است بسیاری از شرکت‌های خودروسازی اسامی انحصاری را بر روی این نوع از سیستم تعویض دنده قرار می‌دهند، اما در واقع عملکرد بیشتر آنها شبیه هم است.