گیربکس CVT چیست ؟

گیربکس CVT چیست ؟

سیستم گیربکس CVT چگونه عمل می کند؟

احتمالا در گذشته اسم سیستم گیربکس اتوماتیک CVT  را شنیده باشید یا با نحوه کارکرد آن نیز آشنایی داشته باشید. اما ما در این مقاله قصد داریم با بررسی کارکرد و تشریح دقیق این نوع گیربکس  شما را با روند کارکرد آن آشنا کنیم.در این مقاله ما خودروی سوزوکی کیزاشی را مورد بررسی قرار می دهیم.با توجه به اصول کارکرد اصلی این گیربکس در همه خودرو ها با فراگرفتن نحوه کارکرد در این خودرو نحوه کار در سایر خودروها را نیز خواهید آموخت.

 مقدمه ای بر گیربکس CVT

انتقال قدرت پیوسته ( CVT ) که لئوناردو داوینچی 500 سال پیش اندیشه اش را در سر داشت و در حال حاضر جای انتقال قدرت اتوماتیک را در بعضی از خودروها گرفته است.
CVT یا Transmission Variable Continuously به معنی سیستم انتقال قدرت متغیر است. اولین CVT در سال 1986 به ثبت رسید. تکنولوژی این نوع گیربکس در سالهای اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است تا آنجا که امروزه چندین کارخانه خودروسازی از جمله جنرال موتورز، آئودی، هوندا و نیسان از این تکنولوژی در خودروهای جدید خود استفاده کرده اند و برنامه تحقیقات گسترده ای را هم برای بهبود بازده این نوع گیربکس در دستور کار دارند.
شرکت نیسان موتور، اولین نسخه از سیستم گیربکس متغیر متصل CVT) Transmission Variable Continuously) را در مارس 1992 به بازار ژاپن، معرفی کرد. از آن زمان به بعد، نیسان پیشرفت های قابل توجهی در تکنولوژی CVT کرد، که به او این اجازه را داد که از این سیستم در استفاده در گشتاور بالای موتورها استفاده کند. نتیجه ی نهایی این کار گسترده در سال 2007 و با دسترسی به CVT Xtronic در مدل های مختلف نیسان در آمریکای شمالی شامل آلتیمای غیر هیبریدی (Altima)، ماکسیما (Maxima)، مورانو (Murano)، سنترا (Sentra) و مدل های جدید ورسا (Versa) هاچ بک و سدان، بدست آمد. CVT Xtronic به کار رفته در نیو ماکسیما و مورانو، یکسان است.

نسل سوم CVT Xtronic دارای چند ویژگی برای بهبود عملکرد است که عبارتند از: استفاده از پمپ های روغن کوچک تر و کارآمد تر، به کارگیری محرکه ی زنجیر فشرده برای موتورهای 2 لیتری (که اندازه ی گیربکس را تا حد زیادی کاهش می دهد)، و بهبود دقت کنترل اندازه ی پولی، که کارایی بیشتر فشار تسمه، انتقال گشتاور پایدارتر و مصرف سوخت کمتر را به دنبال دارد.
بیل بوسلی (Bosley Bill ،(نائب رئیس و مدیر باشگاه نیسان می گوید: (( در صنعت، صاحبان کارخانه ها کارایی را فدای سود بیشتر میکنند. اما ما، از کم کردن تجربه ی سواری نیسان، خودداری می کنیم. راه ایده آل برای عرضه ی کارایی اسپرت و مصرف سوخت کمتر در یک پکیج، استفاده از CVT Xtronic پیشرفته ی ساخت ما ست.))
گیربکس CVT اجازه تغییر دنده با نسبت دنده نامحدود بین بالاترین و پایینترین دنده را بدون گسستگی می دهد، اگـر بـه جعبـه دنده اتوماتیک توجه کنید،در آن  دنیایی از چرخ دنده ها،ترمز ها، کلاچ ها و دستگاه های کنترل را خواهید دید در مقابـل CVT بـه سادگی قالب مطالعه است،بیشتر CVT ها فقط سه جزء اساسی دارند:

● یک تسمه محکم فلزی یا لاستیکی
● یک پولی متغییر محرك (ورودی)
● یک پولی خروجی (متحرك)

بعلاوه CVT ها انواع مختلفی از ریزپردازنده ها و حسگر ها را دارا می باشند اما سه جزءی که در بالا توضیح داده شـده انـد اجـزای اصلی اند که به این سیستم اجازه ی کار می دهند.

نقش پولی ها در گیربکسCVT

هر پولی از دو مخروط با زاویه راس 20 درجه که رو در روی یکدیگر قرار دارند تشکیل شده است، تسمه ای در شیار بین دو مخروط قرار دارد که وظیفه انتقال قدرت بین دو پولی بر اساس دنده مشخص شده را دارد.

در صورت استفاده از تسمه های لاستیکی، از تسمه هایی با سطح مقطع V شکل استفاده می شود که افزایش اصطکاك بین پولی و تسمه را سبب خواهد شد. وقتی دو مخروط از هم فاصله بگیرند – یعنی عرض پولی بیشتر شود – تسمه در شکاف پا یینتر می رود و شعاع تسمه حلقه شده دور پولی نیز کاهش می یابد. اما وقتی دو مخروط به هم نزدیک می شوند – یعنی عرض پولی کاهش یابد – تسمه در شکاف بالاتر رفته و شعاع تسمه حلقه شده دور پولی، افزایش می یابد.

گیربکس CVT می تواند از فشار هیدرولیکی یا نیروی گریز از مرکز و یا کشش فنر به منظور تولید نیروی موردنیاز برای تنظیم دو نیمه پولی بهره بگیرد.
زمانی که دو پولی عرض خود را نسبت به یکدیگر تغییرمی دهند، بی نهایت نسبت دنده مختلف حاصل میشود؛ از کم به زیاد و شامل همه نسبت های مابین؛ برای مثال وقتی شعاع تسمه در پولی محرك کم و در پولی خروجی زیاد باشد، سرعت دوران پولی خروجی کاهش می یابد که دنده پایینتری را ایجاد میکند و وقتی شعاع تسمه در پولی محرك زیاد و در پولی خروجی کم باشد، سرعت دوران پولی خروجی افزایش می یابد و دنده بالاتری را ایجاد می کند. بنابراین در تئوری یک  CVT بی نهایت دنده را شامل می شود و میتواند در هر زمانی و با هر دور موتوری کار کند.

طبیعت ساده و بدون گسستگی CVT ها آنها را به یک سیستم انتقال قدرت ایده آل برای تمام ماشین ها و وسایل،نه فقـط خـودرو ها،تبدیل کرده است،CVT ها  سالهای زیادی در ابزار های قدرتی و مته ها بکار می رفتند،همچنین از آنها در وسایل نقلیـه مختلفـی اعم از تراکتور ها و ماشین های برف رو و اسکوتر های موتوری استفاده می شود،در تمام این سیسـتم های انتقـال قدرت از تسمه هایی با لاستیک فشرده استفاده می شود که می تواند کشیده شده یا سر بخورد و در نتیجه باعث هدر رفـتن انـرژی و کاهش کارایی شود.
یکی از مهمترین پیشرفت ها، طراحی و توسعه تسمه های فلزی است. این تسمه های انعطاف پذیر عموما از 9 یا 12 نوار فولادی که تکه های فلزی پاپیونی شکل بسیار مقاوم را کنار هم نگه می دارد، ساخته شده است. تسمه های فلزی سر نمیخورند و بسیار بادوامند که به CVT اجازه انتقال گشتاور بیشتری را می دهند، در ضمن آرام تر از تسمه های لاستیکی نیز هستند.
بوسلی می گوید: (( شرکت نیسان موتور از دهه ی 1970 ،پیشگام تحقیقات CVT بوده و هم اکنون، CVT را در بازارهای آسیا، اروپا و آمریکای شمالی عرضه می کند که در این میان، خودروی SUV پیشرفته ی مورانو، راه را برای توسعه ی تکنولوژی CVT Xtronic در ایالات متحده باز کرد. ما  خوشحالیم که امروز نیسان می تواند توازنی بزرگ از نیاز رانندگان و آن چنان که آنان می خواهند، در گستره ی بزرگی از ماشین ها، از ماکسیما گرفته تا ورسا، فراهم کند.))

مزایای استفاده از گیربکسCVT

• کاهش مصرف سوخت به میزان 20 درصد نسبت به گیربکس های اتوماتیک معمولی.
• کارآیی و عملکرد دینامیکی بهتر در قیاس با گیربکسهای اتوماتیک معمولی؛ به دلیل انتقال روان قدرت موتور بدون گسستگی در روند حرکت خودرو.
•  این نوع گیربکس همچنین میتواند باعث شتابگیری خودرو در بهترین حوزه عملکرد موتور از لحاظ توان خروجی شود که در این صورت بهترین ارقام شتابگیری با کمترین میزان مصرف سوخت میسر خواهد بود.
• فایده ی CVT Xtronic این است که برتری های بیشتری نسبت به گیربکس های سنتی اتوماتیک و دستی دارد. یک برتری آشکار، تعویض دنده ی یکنواخت و ملایم در برابر صدای "تق" هنگام تعویض دنده است. برای از بین بردن این گونه موارد ، CVT Xtronic به موتور این اجازه را می دهد تا نزدیک تر به حد مطلوب دور موتور خود، کار کند.همچنین CVT Xtronic مصرف سوخت را بهینه سازی کرده و کارایی را افزایش می دهد.

CVT چنبری:

نوع دیگری از CVT است که در آن تسمه و پولی ها بادیسک ها و غلطک ها جایگزین شده است.
اگر چه چنین سیستمی خیلی متفاوت تر به نظر می رسد همه اجزای آن قابل مقایسه با تسمه و پولی است و نتیجه ی یکسانی می دهد. طرز کار آن به شرح زیر است:
● یک دیسک به موتور متصل است که معادل پولی محرك است● دیسک دیگری به میل گاردان متصل است که معادل پولی متحرك است
● غلطک ها و یا چرخ ها بین دو دیسک واقع شده اند و مانند تسمه نیرو را از یک دیسک به دیگری منتقل می کنند.

چرخ ها می توانند در دو جهت بچرخند. حول محور افقی می چرخند و به سمت بالا و پایین حرکت می کنند که این به چرخ ها اجازه می دهد در وضعیت های مختلف با دیسک در تماس باقی بماند. مدل نشان داده شده در شکل یک نوع از این سیستم می باشد.

نحوه عملکرد گیربکس اتوماتیک CVT در سوزوکی کیزاشی

مشخصات گیربکس

نحوه شناسایی گیربکس

بیستر تولیدکنندگان از یک نوع قطعه ( مثلا گیربکس ) برای مدلهای مختلفی از خودروهای یک یا چند شرکت تولید می نمایند.از این رو ممکن است قسمتی از قطعات آن متفاوت باشد به همین دلیل مشخصه هایی جهت تمایز آن وجود دارد که در زیر نحوه شناسایی گیربکسهای اتوماتیک نصب شده روی محصولات شرکت سوزوکی ارائه میشود.

1. شماره قطعه2. نشانه شناسایی گیربکس
(2a). 5رقم نشان داده شده در تصویر مربوط به شماره شناسایی گیربکس است.
(2b). شماره سریال قطعه
A. نشان دهنده خط تولید گیربکس
B. نشان دهنده سال تولید گیربکس
C. نشان دهنده ماه تولید
سه ماه آخر به صورت زیر نمایش داده میشود:
X:Oct - Y:Nov - Z:Dec

 استراتژی عملکرد گیربکس

جهت آشنایی با نحوه عملکرد گیربکس CVT  که در ادامه به آن خواهیم پرداخت لازم است نحوه عملکرد مجموعه چرخ دنده های خورشیدی که اساس کار گیربکس های اتوماتیک نسل قبل است توضیحاتی ارائه شود.چرا که نیروی تولیدی موتور که باید وارد گیربکس  CVT  گردد لازم است ابتدا جهت چرخش نیرو را تعیین کند.این امر در زمان دنده عقب خودرو مورد نیاز است.دوم اینکه حالت خلاص را برای خودرو ایجاد نماید و سوم جهت نیروی مستقیم و گشتاور مناسب را تعیین می نماید.

پس از عبور نیرو از قسمت چرخ دنده خورشیدی نیرو وارد پولی محرک CVT می گردد و با تغییر دور و گشتاور، پولی دوم (متحرک) را حرکت می دهد.

اجزای تشکیل دهنده چرخ دنده خورشیدی:

1. چرخ دنده خورشیدی
2. چرخ دنده های سیاره ای به همراه قفسه نگهدارنده
3. چرخ دنده رینگی

3	2	1

 مجموعه چرخ دنده خورشیدی به نحوی که در شکل شماتیک زیر نمایش داده شده است بر روی یکدیگر می غلتند و با توجه به نیاز گیربکس جهت چرخش مجموعه خورشیدی یکی از قطعات این مجموعه توسط سیستم ترمز هیدرولیکی به پوسته ثابت می شود و یا توسط یک سیستم کلاچ هیدرولیکی با یکدیگر هم دور می گرددند.

1. مسیر ورود نیرو (شفت ورودی)
2. دنده رینگی
3. قفسه نگدارنده چرخ دنده سیاره ای
4. چرخ دنده سیاره ای
5. چرخ دنده خورشیدی
6. مسیر خروج نیرو

     B. ترمز عقب   

     C. کلاچ جلو

 با توجه به توضیحات فوق نحوه عملکرد و درگیری مجموعه چرخ دنده خورشیدی جهت خلاص و یا پارک N_P و حالت حرکت مستقیم D و دنده عقب R تشریح میشود.
زمانیکه حالت N-P انتخاب می شود ترمز B و کلاچ C عمل نمی کنند(درگیر نیست) و در نتیجه نیروی ورودی از موتور به چرخ دنده رینگی باعث میشود مجموعه چرخ دنده خورشیدی بدون انتقال نیرو بر روی یکدیگر بغلتند.
در حالت D درحرکت مستقیم ترمز B عمل نمیکند(درگیر نیست) و کلاچ C عمل میکند (درگیر است) و در نتیجه باعث میشود نیروی ورودی از موتور وارد چرخ دنده خورشیدی شده و به صورت مستقیم وارد پولی محرک شود.
در حالت R دنده عقب ترمز B عمل میکند(درگیر است) و کلاچ C عمل نمیکند(درگیر نیست) و در نتیجه نیروی ورودی از موتور به چرخدنده رینگی منتقل میشود و با ثابت ماندن چرخ دنده سیار توسط ترمزB نیرو به صورت چرخش برعکس (خلاف جهت چرخش موتور)وارد چرخ دنده خورشیدی شده و ازآنجا وارد پولی محرک می گردد.

 اساس عملکرد گیربکس اتوماتیکCVT

در این نوع گیربکس تغییر سرعت ورودی و خروجی بر اساس تغییر شعاع پولی ورودی و خروجی انجام میشود که در ادامه تشریح میشود.

همانطورکه در تصویر مشاهده میکنید نیروی پولی محرک(3) توسط تسمه فولادی به پولی متحرک(4) منتقل میشود.این تکنولوژی باعث میشود دنده ها بدون وقفه تعویض شوند.

در زیر مقایشه نموداری تعویض دنده در CVT  و A/T نشان داده شده است.

 در تصاویر زیر پولی ها نشان داده شده اند.

1. پولی محرک
2. پولی متحرک
3. تسمه فلزی

 حرکت در دنده یک (دنده سنگین ،حداکثر گشتاور/حداقل دور خروجی)

زمانیکه فرامین صادر شده توسط راننده و میزان باز شدن دیچه گاز و سایر پارامترهای مربوطه ، حرکت  در دنده سنگین را تعیین می کند فاصله دهانه پولی متحرک W1 توسط فشار روغن به حداکثر اندازه خود میرسد به همین دلیل شعاع پولی r1 به حداقل اندازه خود می رسد و فاصله دهانه پولی متحرک W2 به حداقل اندازه و قطر پولی r2 متحرک به حداکثر اندازه خود می رسد که نتیجه آن کاهش دور خروجی گیربکس و افزایش گشتاور است.

 حرکت در دنده دو (دنده سبک ،حداقل گشتاور/حداکثر دور خروجی)

 زمانی که نیاز به حرکت در دنده سبک باشد (سرعت خروجی گیربکس زیاد شود) فاصله دهانه پولی متحرک W1  توسط فشار روغن به حداقل اندازه خود می رسد به همین دلیل شعاع پولی r1 به حداکثر اندازه خود می رسد بنابراین فاصله دهانه پولی متحرک W2 زیاد و قطر پولی r2 متحرک کم میشود که نتیجه آن افزایش دور خروجی و کاهش گشتاور است.

نحوه عملکرد پولی گیربکس CVT جهت تعیین نسبت دنده

 ترکیب اجزای تشکیل دهنده

1. پولی محرک
2. پولی متحرک
3. سوپاپ کنترل فشار هیدرولیکی
4. استپر موتور
5. تنظیم کننده فشار هیدرولیکی
6. خط فشار هیدرولیکی
7. سوپاپ کنترل فشار هیدرولیکی ثانویه

 روش افزایش سرعت در CVT

1 - در این حالت موتور خاموش و سیستم غیرفعال است

2 - در این حالت موتور روشن است و سیستم توسط ایجاد فشار روغن توسط پمپ روغن فعال شده است.همانطور که در تصویر میبینید پولی اولیه همانند موتور خاموش  حداکثر باز است (قطر پولی حداقل) و بلعکس پولی ثانویه حداکثر بسته است (قطر پولی حداکثر) در این حالت دنده سنگین و گشتاور خروجی حداکثر است .مدار فشار روغن جریان پرفشار روغن را در مسیر پولی اولیه هدایت می نماید. در پولی ثانویه جهت تثبیت فشار ، روغن موجود تحت تراکم قرار می گیرد . در این حالت سوپاپ کنترل فشار اولیه باز و میزان آن توسط استپر کنترل می شود و سوپاپ  کنترل فشار دوم ضمن تخلیه روغن اضافی (در صورت نیاز) فشار روغن را تثبیت می نماید.

3 - جهت افزایش سرعت شفت خروجی لازم است میزان باز بودن پولی اولیه کمتر شود که نتیجه آن بیشتر شدن قطر پولی است به همین منظور فشار روغن به وسیله سوپاپ کنترل فشار اولیه به سیلندر پولی اولیه هدایت می شود. میزان فشار روغن وابسته به قطر مورد نیاز پولی است که توسط پردازنده ECU و استپر موتور کنترل می گردد.مناسب با افزایش قطر پولی اولیه سوپاپ فشار روغن ثانویه ، فشار را در سیلندر پولی ثانویه تا حد مناسب کاهش می دهد تا نسبت دنده مورد نظر ایجاد گردد.

 4 - درحالتی که نیاز به کاهش دور خروجی به وجود آید (حالت دنده معکوس) فشار روغن توسط سوپاپ هیدرولیکی ثانویه به پولی هدایت می شود و باعث کم شدن دهانه پولی و افزایش قطر پولی ثانویه می شود.به همین ترتیب سرعت خروجی کاهش می یابد.

 پمپ روغن

 از آنجاییکه فرآیند گیربکس اتوماتیک CVT نیاز به قدرت هیدرولیک بسیار قوی دارد پمپ روغن با مشخصات زیر بر روی این گیربکس نصب شده است.

• محرک : زنجیری
• نوع پمپ : پره ای
• حداکثر فشار : 6.375 MPa
• محل نصب : داخل گیربکس

 فیلتر

این گیربکس مجهز به فیلتر روغن است که زیر درپوش 1 نشان داده شده در شکل زیر قرار می گیرد

 سیستم خنک کاری روغن گیربکس:

 سیتسم خنک کاری ، روغن گیربکس را پس از ارسال به آب رادیاتور و کاهش نسبی دمای آن وارد رادیاتور روغن می کند که مسیر ورود و خروج روغن در شکل های زیر نشان داده شده است.