گیربکس CVT ، اجزا و نحوه عملکرد آن

جعبه دنده یا گیربکس CVT که مخفف Continuously Variable Transmission به معنی « گیربکس با نسبت دنده‌ی متغیر پیوسته » است، نوعی جعبه‌دنده خودکار است که بر خلاف گیربکس‌های معمولی، دنده‌های ثابت ندارد. در عوض، به‌طور پیوسته و نرم نسبت انتقال قدرت بین موتور و چرخ‌ها را تغییر می‌دهد تا موتور همیشه در بهترین بازدهی کار کند.
در ادامه این مطلب از مجله اینترنتی خودروآموز، ساختار، اجزا و نحوه عملکرد این نوع گیربکس را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

ساختار و اجزای گیربکس CVT

برای درک کامل کار گیربکس CVT ، باید اجزای آن را بشناسیم. این گیربکس ظاهر ساده‌ای دارد، اما درونش از دقت مهندسی بالایی برخوردار است. در ادامه اجزای اصلی گیربکس CVT را با توضیح عملکرد هرکدام بررسی می‌نماییم.

۱. پولی محرک ( Drive Pulley )

به میل‌لنگ موتور متصل است. از دو نیم‌مخروط تشکیل شده که یکی ثابت و دیگری متحرک است. با تغییر فاصله‌ی بین این دو مخروط، قطر مؤثر پولی ( جایی که تسمه روی آن حرکت می‌کند ) تغییر می‌کند. هرچه قطر آن بزرگ‌تر شود، یعنی دنده سبک‌تر شده است ( سرعت بیشتر، گشتاور کمتر ).

۲. پولی متحرک ( Driven Pulley )

به خروجی گیربکس ( و در نهایت چرخ‌ها ) متصل است. دقیقاً مانند پولی محرک، از دو مخروط قابل تنظیم تشکیل شده است. وقتی پولی محرک بزرگ می‌شود، این پولی کوچک می‌شود تا نسبت انتقال قدرت متغیر ایجاد شود.

۳. تسمه یا زنجیر انتقال نیرو ( Steel Belt / Chain )

بین دو پولی قرار دارد و نیرو را از موتور به چرخ‌ها منتقل می‌کند. معمولاً از صفحات فولادی نازک و مقاوم ساخته شده است که هم انعطاف‌پذیرند و هم در برابر فشار بالا مقاوم‌اند. در نوع زنجیری ( مثل برخی مدل‌های آئودی یا سوبارو )، به جای تسمه از زنجیر فلزی چندلایه استفاده می‌شود.

۴. سیستم هیدرولیکی یا الکترونیکی کنترل پولی‌ها

این سیستم فاصله‌ی بین مخروط‌های هر پولی را تنظیم می‌کند. با استفاده از شیرهای برقی ( Solenoid ) و فشار روغن مخصوص CVT، نسبت انتقال دنده تغییر می‌کند. در خودروهای جدیدتر، این کار را واحد کنترل الکترونیکی گیربکس ( TCU ) انجام می‌دهد.

۵. مبدل گشتاور ( Torque Converter ) یا کلاچ شروع حرکت

در بسیاری از CVTها، بین موتور و گیربکس مبدل گشتاور نصب شده است تا شروع حرکت نرم‌تری ایجاد شود. در برخی خودروها ( مثل نیسان جدید )، از کلاچ چندصفحه‌ای به جای مبدل گشتاور استفاده می‌شود تا راندمان بالاتر رود.

۶. پمپ روغن ( Oil Pump )

فشار لازم برای سیستم هیدرولیک و کنترل پولی‌ها را تأمین می‌کند. روغن CVT باید مخصوص باشد چون علاوه بر روانکاری، وظیفه‌ی انتقال فشار را هم بر عهده دارد.

۷. واحد کنترل گیربکس ( TCU یا ECU گیربکس )

این واحد کنترل، مغز سیستم است. داده‌هایی مثل دور موتور، سرعت خودرو، وضعیت پدال گاز و دما را می‌گیرد. سپس تصمیم می‌گیرد که نسبت انتقال ( قطر پولی‌ها ) باید چگونه تنظیم شود تا بهترین عملکرد یا کمترین مصرف سوخت حاصل شود.

۸. فیلتر و خنک‌کننده روغن CVT

روغن CVT باید دما و فشار دقیقی داشته باشد. فیلتر ذرات را می‌گیرد و رادیاتور روغن CVT دمای آن را کنترل می‌کند تا از خرابی تسمه و پولی جلوگیری شود.

اجزای جانبی دیگر:

• پوسته آلومینیومی سبک
• شیرهای برقی فشار روغن
• سوپاپ‌ها و کانال‌های هیدرولیکی
• سنسورهای سرعت ورودی و خروجی

مراحل کار جعبه‌دنده CVT

درک مراحل کار گیربکس CVT باعث می‌شود بفهمیم چرا رانندگی با خودروهای دارای CVT نرم‌تر، کم‌مصرف‌تر و متفاوت از گیربکس‌های معمولی است.

مرحله ۱: شروع حرکت ( دنده سنگین )

موتور شروع به چرخش می‌کند و نیرو را از طریق مبدل گشتاور یا کلاچ اولیه به گیربکس می‌فرستد. در این لحظه:

• پولی محرک ( ورودی ) قطر کوچک‌تری دارد.
• پولی متحرک ( خروجی ) قطر بزرگ‌تری دارد.

این وضعیت مشابه دنده‌ی یک در گیربکس معمولی است، یعنی گشتاور زیاد برای شروع حرکت و سرعت کم.

مرحله ۲: افزایش سرعت خودرو

وقتی راننده پدال گاز را فشار می‌دهد و خودرو شتاب می‌گیرد، سیستم کنترل هیدرولیک یا الکترونیکی به تدریج پولی‌ها را تنظیم می‌کند. پولی محرک بزرگ‌تر و پولی متحرک کوچک‌تر می‌شود.
به این ترتیب نسبت انتقال به‌صورت پیوسته کاهش می‌یابد ( بدون پرش دنده ). در این وضعیت خودرو شتاب می‌گیرد، اما موتور در دور بهینه باقی می‌ماند.

مرحله ۳: حرکت پایدار با سرعت ثابت ( Cruise )

در سرعت بالا، پولی محرک در بیشترین قطر و پولی خروجی در کمترین قطر خود قرار دارد. این وضعیت مانند دنده‌ی پنج یا شش در گیربکس‌های معمولی است. در نتیجه دور موتور پایین، مصرف سوخت کمتر و صدای موتور کمتر ایجاد می‌شود.

مرحله ۴: کاهش سرعت یا ترمزگیری

وقتی راننده پایش را از روی گاز برمی‌دارد یا ترمز می‌گیرد، سیستم دوباره پولی‌ها را برعکس تنظیم می‌کند. پولی محرک کوچک‌تر و پولی خروجی بزرگ‌تر می‌شود. این یعنی گیربکس به نسبت دنده سنگین‌تر برمی‌گردد تا کنترل بهتری فراهم شود ( مثل دنده ۲ یا ۱ در گیربکس دستی ).
در برخی خودروها، حالت ترمز موتوری ( Engine Braking ) نیز شبیه‌سازی می‌شود.

مرحله ۵: توقف کامل

وقتی خودرو متوقف می‌شود، مبدل گشتاور یا کلاچ اولیه ارتباط موتور با گیربکس را قطع می‌کند. در این شرایط پولی‌ها به وضعیت اولیه ( شروع حرکت ) بازمی‌گردند. موتور در حالت آرام کار می‌کند و آماده حرکت مجدد است.

خلاصه تغییرات نسبت انتقال در CVT

نکته فنی:

در CVT خبری از تعویض « دنده به دنده » نیست؛ بلکه با تغییر پیوسته قطر مؤثر پولی‌ها، نسبت انتقال به طور نرم و بدون وقفه تنظیم می‌شود. به همین دلیل وقتی پدال گاز را فشار می‌دهی، صدای موتور یکنواخت می‌ماند و هیچ شوک تعویض دنده حس نمی‌شود.

CVT برای چه شرایط رانندگی مناسب است؟

شهر و ترافیک: عالی، به خاطر نرمی زیاد و نداشتن شوک در تعویض دنده‌ها، بسیار راحت است.
رانندگی روزمره ( رفت‌و‌برگشت معمولی ) : بسیار مناسب، به‌دلیل مصرف سوخت پایین، صدای موتور کم و راحتی بالا.
جاده‌های طولانی و هموار: خوب، زیرا موتور در دور پایین کار می‌کند، و مصرف سوخت کمتر است.
رانندگی اسپرت و سرعت بالا: متوسط، به‌خاطر محدودیت تحمل گشتاور و تأخیر در واکنش، حس اسپرت واقعی ندارد.
جاده‌های شیب‌دار یا کوهستانی: متوسط، زیرا نرم کار می‌کند ولی در شیب‌های زیاد باید از حالت دنده دستی ( Manual Mode ) استفاده شود تا کنترل بهتری داشته باشید.
خودروهای سنگین یا پرقدرت: نامناسب، به این دلیل که CVT معمولاً برای گشتاورهای بالا طراحی نشده و ممکن است سریع‌تر مستهلک شود.

جمع‌بندی:

گیربکس CVT ایده‌آل است برای:
رانندگی در شهرهای پرترافیک، خودروهای اقتصادی و هیبریدی و افرادی که به دنبال نرمی و راحتی رانندگی هستند.

اما برای:

رانندگی اسپرت، خودروهای قدرتمند یا سنگین، یا رانندگانی که حس تعویض دنده را دوست دارند مناسب‌ترین گزینه نیست.

مزایای گیربکس CVT

گیربکس CVT یا « گیربکس با نسبت دنده‌ی متغیر پیوسته » به خاطر طراحی خاصش، مزایا و کاربردهای ویژه‌ای دارد که آن را از گیربکس‌های اتوماتیک معمولی متمایز می‌کند.

۱. نرمی و راحتی در رانندگی

چون دنده‌ها به‌صورت پیوسته تغییر می‌کنند، هیچ شوک یا ضربه‌ای هنگام تعویض احساس نمی‌شود. مخصوصاً در رانندگی شهری و ترافیک، شتاب‌گیری و توقف بسیار نرم و بی‌صدا انجام می‌شود.

۲. مصرف سوخت کمتر

گیبرکس CVT همیشه موتور را در بهینه‌ترین دور ممکن نگه می‌دارد. مثلاً وقتی برای شتاب نیاز به قدرت نیست، نسبت انتقال طوری تنظیم می‌شود که موتور در دور پایین کار کند، یعنی مصرف سوخت کمتر و راندمان بالاتر دارد.

۳. شتاب یکنواخت و پیوسته

برخلاف گیربکس‌های معمولی که در هر تعویض دنده شتاب لحظه‌ای قطع می‌شود، در CVT این تغییرات کاملاً پیوسته است. بنابراین شتاب خودرو نرم، پیوسته و بدون مکث است.

۴. کارکرد بهینه موتور

CVT می‌تواند دور موتور را بر اساس نیاز تنظیم کند:

• در حالت اقتصادی ( ECO ): دور پایین برای مصرف کمتر.
• در حالت اسپرت ( SPORT ): دور بالاتر برای شتاب بهتر.

این باعث می‌شود موتور در بهترین محدوده‌ی گشتاور و توان کار کند.

۵. وزن کمتر و قطعات متحرک کمتر

گیربکس CVT دنده، کلاچ و چرخ‌دنده‌های متعدد ندارد. این موضوع هم باعث وزن کمتر خودرو و هم استهلاک پایین‌تر مکانیکی می‌شود.

۶. هماهنگی بهتر با سیستم‌های الکترونیکی

گیربکس CVT به‌راحتی با سیستم‌هایی مثل کنترل کشش ( TCS ) و کنترل پایداری ( ESP ) سازگار است، چون تغییر نسبت دنده بسیار دقیق و قابل کنترل است.

معایب گیربکس CVT

برای شناخت کامل گیربکس CVT، دانستن معایب و محدودیت‌های آن به اندازه‌ی مزایا مهم است. زیرا این گیربکس هرچند نرم و کم‌مصرف است، اما در بعضی شرایط کارایی یا دوام گیربکس‌های دیگر را ندارد.

۱. احساس مصنوعی در شتاب‌گیری

چون دنده‌ی مشخصی وجود ندارد، در هنگام گاز دادن افزایش دور موتور بدون تغییر محسوس سرعت چرخ‌ها حس می‌شود. به این حالت اصطلاحاً « Rubber Band Effect » ( احساس کشسانی ) می‌گویند. زیرا راننده ممکن است حس کند خودرو سُر می‌خورد یا واکنش کندی دارد.

۲. تحمل کمتر در برابر گشتاور بالا

CVT برای خودروهای اقتصادی و کم‌قدرت طراحی شده است. در خودروهای پرقدرت یا با موتورهای توربو قوی، تسمه یا پولی‌ها ممکن است سریع‌تر ساییده شوند یا لغزش پیدا کنند. به همین دلیل معمولاً در خودروهای اسپرت یا سنگین از گیربکس های دوکلاچه ( DCT ) یا اتومات ( AT ) استفاده می‌شود.

۳. هزینه تعمیر و نگهداری بالا

ساختار CVT دقیق و حساس است؛ هرگونه آلودگی یا کمبود فشار روغن می‌تواند آسیب جدی بزند. تعمیر آن نیاز به تجهیزات و مهارت تخصصی دارد و معمولاً پرهزینه‌تر از گیربکس‌های اتومات معمولی است. در بسیاری از موارد، تعمیرکاران مجبور به تعویض کامل مجموعه پولی و تسمه می‌شوند.

۴. وابستگی زیاد به روغن مخصوص CVT

روغن این گیربکس با روغن‌های گیربکس اتومات ( AT ) یا دستی کاملاً متفاوت است. اگر از روغن اشتباه استفاده شود یا دیر تعویض گردد، به‌سرعت باعث لغزش تسمه، افت فشار و آسیب جدی به گیربکس می‌شود. هر مدل خودرو معمولاً نوع خاصی از روغن CVT دارد ( مثل Nissan NS-3، Toyota CVT Fluid FE و … ).

۵. احتمال بالا رفتن دمای گیربکس در سربالایی یا فشار زیاد

در رانندگی سنگین، مثلاً در سربالایی طولانی یا یدک‌کشی، دمای تسمه و پولی‌ها زیاد می‌شود. چون CVT پیوسته در حال تنظیم نسبت است، ممکن است در شرایط سخت داغ کند و وارد حالت محافظتی ( Safe Mode ) شود تا خنک شود.

۶. صدای زیاد در دور موتور بالا

وقتی راننده گاز را تا ته فشار می‌دهد، CVT دور موتور را بالا نگه می‌دارد تا بیشترین توان را بگیرد. در این حالت، چون دنده‌ای برای تغییر وجود ندارد، صدای یکنواخت و بلند موتور ایجاد می‌شود که ممکن است برای برخی رانندگان آزاردهنده باشد.

۷. احساس کمتر از کنترل در رانندگی اسپرت

به دلیل نداشتن تعویض‌های مشخص دنده، کنترل دستی بر عملکرد موتور کمتر است. حتی در حالت اسپورت ( Sport ) یا دستی ( Manual ) که برخی CVTها دارند، دنده‌ها شبیه‌سازی شده‌اند، نه اینکه واقعی باشند.

۸. طول عمر محدودتر نسبت به گیربکس‌های AT یا DCT

اگر با دقت نگهداری نشود ( مثلاً تأخیر در تعویض روغن یا فشار بیش از حد در رانندگی )، CVT زودتر از دیگر گیربکس‌ها دچار سایش تسمه و خرابی پولی‌ها می‌شود.

جمع‌بندی معایب CVT

نرمی بالا ولی حس مصنوعی: تعویض دنده احساس نمی‌شود، ممکن است حس کند بودن بدهد.
حساسیت زیاد به روغن: روغن مخصوص و باکیفیت الزامی است.
تعمیر پرهزینه: نیازمند متخصص و قطعات دقیق.
محدودیت در توان موتور: مناسب خودروهای سبک و اقتصادی.
صدای یکنواخت در گاز زیاد: در دور بالا ممکن است آزاردهنده باشد.

نمونه خودروها با گیربکس CVT

در جهان

Honda Civic: نسخه‌های مختلف مدل Civic در بسیاری بازارها با گیربکس CVT عرضه شده‌اند.
کاربرد: خودروی کامپکت شهری/بین‌شهری با مصرف نسبتاً پایین.
نکته: بخاطر داشتن CVT، تعویض دنده محسوس نیست و نرمی رانندگی بیشتر است.

Toyota Corolla: مدل‌های هیبریدی و بنزینی این خودرو از گیربکس CVT بهره می‌برند.
مزیت: مصرف سوخت پایین، مخصوصاً در مدل هیبریدی، و نرمی در رانندگی روزمره.

Nissan Altima: یکی از خودروهایی است که در فهرست خودروهای دارای CVT قرار دارد.
مناسب برای کسانی که خودروی سدان راحت با امکانات متوسط می‌خواهند.

Subaru Forester: این SUV از برند سوبارو نیز با گیربکس CVT عرضه می‌شود.
گزینه‌ای مناسب برای خانواده‌ها، با فضای خوب و رانندگی راحت.

در ایران

در ایران چند خودرو هستند که با گیربکس نوع CVT عرضه شده‌اند:

• سایپا ساینا اتومات: یکی از تولیدات داخلی است که نسخه اتومات آن با گیربکس CVT عرضه شده.
• سایپا کوییک اتومات: این مدل نیز نسخه اتومات CVT دارد.
• چری آریزو ۵: یک خودروی چینی که در ایران عرضه شده و گیربکس CVT دارد.
• چری آریزو ۶: در برخی گزارش‌ها ذکر شده که نسخه‌ای از آن با گیربکس CVT عرضه شده است.

نتیجه‌گیری

گیربکس CVT یا « متغیر پیوسته » نوعی سیستم انتقال قدرت پیشرفته است که به جای چرخ‌دنده‌های ثابت، از پولی و تسمه فولادی یا زنجیری برای تغییر بی‌نهایت نسبت دنده استفاده می‌کند. این ساختار باعث می‌شود موتور همیشه در بازه‌ی بهینه‌ی دور موتور کار کند، در نتیجه مصرف سوخت کاهش یافته، نرمی رانندگی افزایش یابد و شتاب خودرو یکنواخت‌تر شود.
با این حال، گیربکس CVT برای رانندگی شهری و ملایم مناسب‌تر است تا رانندگی اسپرت یا سنگین. هزینه تعمیرات بالاتر و حساسیت نسبت به نوع روغن گیربکس از معایب آن است. امروزه بسیاری از خودروهای شهری و اقتصادی در ایران و جهان، از این نوع گیربکس استفاده می‌کنند.