مکانیک خودرو عمومی -بخش 15

گیربکس متغیر پیوسته یا CVT

گیربکس متغیر پیوسته یا CVT از مزایای قابل توجهی برخوردار است که باعث شده است با استقبال بیشتری نسبت به سایر گیربکس‌های اتوماتیک مواجه گردد. درگيربكس‌هاي معمولی و دستی از تعداد محدودی چرخ‌دنده استفاده مي‌شود که طبیعتا تعداد محدود دنده نیز ایجاد می‌کند. از اين رو گیربکس این خودروها سه دنده، چهار دنده، پنج دنده و غيره مي‌باشد. با توجه به محدود بودن تعداد دنده‌ها، تعويض دنده به صورت مرحله‌ای يا گسسته انجام می‌شود. امروزه دربرخی از خودروها از سيستم انتقال قدرت متغير پيوسته يا CVT استفاده مي‌شود. در این گیربکس‌ها علاوه بر عدم استفاده از چرخ‌دنده که باعث ارزان قیمت شدن آنها می‌شود، از كمترين نسبت دنده (مثلاً يك) تا بزرگترين نسبت دنده (مثلاً 4) در حالت ایده‌آل بي نهايت نسبت دنده می‌توان ایجاد کرد و عمل تعویض اين بينهايت دنده نيز كاملاً اتوماتيك و به صورت پيوسته انجام داد، از اينرو عملكرد خودرو بسيار مطلوب خواهد بود. البته لازم به ذکر است که کنترل پیوسته تغییر نسبت دنده امکان‌پذیر نیست و این گیربکس‌ها هم همانند گیربکس‌های دنده‌ای، از چند حالت یا چند دنده بهره‌مند هستند. یکی از معایب گیربکس‌های CVT، محدودیت در انتقال گشتاور بالا است و همچینی قابلیت معکوس کردن جهت دوران برای ایجاد دنده عقب وجود ندارد که برای رفع این عیب، یک مجموعه خورشیدی با مجموعه CVT به صورت سری قرار می‌گیرد.
شكل 1 نحوه عملکرد یک مجموعه CVT در سه وضعيت با نسبت انتقال دور1:1، 1:2/6 و 1: 0/445 را نشان می‌دهد.

1-نزديك شدن نيم‌پولی‌ها به يكديگر 2 -دور شدن نيم‌پولي‌ها از يكديگر 3-پولي محرك 4-سمت فشاري تسمه 5-سمت كششی تسمه 6-پولي متحرك
شكل1-نحوه عملکرد گیربکس CVT

ملاحظه مي‌گردد كه هر پولی از دو نيم‌پولی ساخته شده است به طوری كه يكی از نيم پولی‌ها روی محور ثابت بوده درحاليكه نيم‌پولي ديگر روی محور دارای حركت محوری است ضمن آنكه همه نيم‌پولي‌ها با محور دوران مي‌كنند. از اين رو با دور كردن يا نزديك كردن نيم‌پولی‌های محرک و متحرک، قطر موثر پولی‌ها به صورت معكوس تغيير می‌كند.
در شكل سمت چپ قطر موثر هردوپولی برابر بوده، بنابراين نسبت انتقال دور 1:1 ايجاد شده و قدرت ورودی و خروجی با يكديگر برابر است.
در شكل وسط قطر موثر پولي محرك زياد شده در حاليكه قطر موثر پولي متحرك كاهش يافته است، بنابراين نسبت انتقال دور 1: 2/6 ايجاد شده است. بنابراين دور محور يا پولی متحرك 2/6 برابر دور محور يا پولي محرك شده در حاليكه گشتاور پولی يا شفت محرك يا ورودی 2/6 برابرگشتاور پولی يا شفت متحرك يا خروجی است.

در شكل سمت راست قطر موثر پولی محرك كاهش يافته در حاليكه قطر موثر پولی متحرك افزايش يافته است و نسبت انتقال دور1: 0/445 ايجاد شده است، از اين رو دور محور يا پولی خروجی يا متحرك، 0/445 برابر دور محور يا پولی ورودی يا محرك بوده در حاليكه گشتاور محور يا پولی ورودی يا محرك، 0/445 برابر گشتاور پولی يا محور خروجی يا متحرك است.
با توجه به مطالب فوق، در اين سيستم، نسبت انتقال دور بين 2/6:1 تا 0/445:1 طی چهار یا پنج مرحله یا دنده تغيير می‌کند. عمل دور يا نزديك شدن نيم‌پولي‌ها، به طور هيدروليكی و بر اساس الگوريتم خاصي شبیه به گیربکس‌های AT و DCT انجام می‌پذيرد.
شكل 2 ساختمان یک نوع گیربکس اتوماتیک CVT را نشان می‌دهد.

شکل 2-ساختمان گیربکس CVT

توضیحات شکل فوق:
1-رينگی مجموعه چرخ‌دنده خورشيدی دوبل 2-چرخ‌دنده‌های هرزگرد دوبل 3-خورشيدي مجموعه چرخ‌دنده خورشيدی دوبل 4-محور ورودی 5-قفسه مجموعه چرخ‌دنده خورشيدي دوبل 6-پيستون فعال وغير فعال كردن كلاچ چند صفحه ای تثبيت يا آزاد كردن رينگی 7-كلاچ چند صفحه‌ای عقب برای تثبيت يا آزاد كردن رينگی 8- كلاچ چند صفحه‌اي جلو براي قطع و وصل كردن قفسه به محور يا پولي ورودي CVT 9-محور خروجي CVT كه پينيون ديفرانسيل نيز به آن وصل است 10-نيم‌پولی لغزان روي محور خروجی 11-نيم‌پولی ثابت روی محور خروجی 12- به چرخ‌دنده‌های واسطه كاهش دور 13-پيستون فعال يا غير فعال كردن كلاچ چند صفحه‌ای (8) جلو 14- سيلندر هيدروليك اعمال حركت لغزشي به نيم‌پولي لغزان روی محور ورودی 15-نيم پولي های لغزان و ثابت روی محور ورودی 16-تسمه فلزی 17-اويل پمپ دنده‌ای 18-ساچمه يا غلتك برای حركت كشويي روان نيم‌پولي لغزان روي محور 19- محور خروجی يا متحرك 20-فنر برگرداننده 21-سيلندر هيدروليك اعمال حركت لغزشی به نيم‌پولی لغزان روی محور خروجی

نحوه عملكرد اين سيستم با توجه به شكل 2 به شرح ذيل است:

حالت P يا N

در اين حالت، هر دو مجموعة كلاچ چند صفحه اي عقب (7) و جلو (8) خلاص هستند. از اين رو با ورود قدرت موتور به قفسه مجموعه خورشيدی دوبل چون هيچ عضو ثابتي در اين مجموعه وجود ندارد، قدرت از مجموعه خورشيدی دوبل منتقل نمی‌شود و مجموعه درحالت خلاص است.

حالت D يا L

در اين حالت، با اعمال فشار روغن هيدروليك به پيستون كلاچ چند صفحه‌اي جلو (13) ، كلاچ چند صفحه‌ای جلو (8) درگير می‌شود.
بادرگيرشدن كلاچ جلو، دور موتور به طور مستقيم از قفسه خارج شده و به محور ورودي يا پولي ورودی يا محرك (15) مجموعه CVT می‌رسد.
واحد كنترل هيدروليكیCVT از طريق سيگنال هايي كه از سرعت خودرو، بار خودرو، وضعيت پولی‌ها و غيره دريافت می‌كند، وضعيت مورد درخواست راننده را بدست آورده و از طريق كنترل فشار و حجم روغن هيدروليك در سيلندر هيدروليكي پولی محرك (14) و سيلندر هيدروليكی پولی متحرك (21) ، قطر موثر مناسب براي پولی‌های محرك و متحرك را تعيين نموده و بنابراين خودرو به سرعت و گشتاور مطلوب مي‌رسد.
به طور مثال برای شروع حركت بايد قطر موثر پولي متحرك (10) و (11) زياد شده در حاليكه قطر موثر پولی محرك (15) كاهش يابد. در اين حالت واحد كنترل هيدروليك به طور همزمان حجم روغن درون سيلندر هيدروليكي پولي محرك (14) را كاهش داده و حجم روغن درون سيلندر هيدروليكی پولی متحرك (21) را افزايش مي‌دهد. از اين رو قطر موثر پولی محرك (15) كاهش يافته و قطر موثر پولی متحرك (10) و (11) افزايش می‌یابد. بنابراين دور خروجیCVT كاهش در حاليكه گشتاور خروجی افزايش مي‌يابد.
به تدريج كه خودرو شروع به حركت می‌کند و تمايل به افزايش سرعت دارد، واحد كنترل هيدروليكی به طور همزمان حجم روغن هيدروليك درون سيلندر هيدروليكي پولي محرك (14) را افزايش داده و حجم روغن هيدروليك درون سيلندر هيدروليكي پولي متحرك (21) را كاهش می‌دهد. بنابراين قطر موثر پولی محرك به تدريج زياد شده و قطر موثر پولي متحرك كاهش يافته و منجر به افزايش دور و كاهش گشتاور محور خروجيCVT می‌گردد.

حالت R يا دنده عقب

با قرارگيری دسته‌دنده در اين موقعيت، روغن هيدروليك به پيستون كلاچ چند صفحه اي عقب (6) نيرو اعمال كرده و باعث وصل شدن رينگي به بدنه از طريق كلاچ ترمزی(7) می‌شود. در اين صورت رينگی ثابت می‌شود و با ثابت شدن رينگی در مجموعه خورشيدی دوبل و با توجه به محرك بودن قفسه و متحرك بودن خورشيدی و روابط حاكم برعملكرد مجموعه خورشيدی دوبل،
نسبت انتقال بدست می‌آيد كه علامت منفی نشان دهنده معكوس شدن جهت دور است.
از اين رو دور موتور درجهت خلاف عقربه ساعت به پولی محرك CVT (15) می‌رسد. در بخش CVT، واحد كنترل هيدروليكي حجم مشخصي از روغن هيدروليك را به سيلندر هيدروليك (21) می‌فرستد و باعث افزايش قطر موثر پولی متحرك (10) و (11) می‌گردد در حاليكه با كاهش حجم روغن سيلندر هيدروليك (14)، قطر موثر پولی محرك (15) كاهش يافته و بنابراين دور محور خروجی كاهش و گشتاور آن افزايش می‌يابد ضمن آنكه جهت دوران نیزخلاف عقربه ساعت است.