سيستم انتقال قدرت پيوسته متغير (CVT)    (نویسنده و گردآورنده علی شمسی)

ايده استفاده از سيستمهاي انتقال قدرت پيوسته متغير از سالها قبل مطرح شده بود ولي تنها در چند سال اخير سازندگان اتومبيل به آن رو آورده اند. بر خلاف سيستم هاي انتقال متداول دستي يا اتوماتيک درCVT ، نسبت دنده هاي مجزا با نسبتهاي قابل تنظيم پيوسته جايگزين مي شود. سيستم CVT مي تواند به طور ثابت نسبت دنده خود را براي بهبود راندمان موتور و ايجاد يک منحني گشتاور- سرعت مناسب تغيير دهد. اين ويژگي باعث بهبود مصرف سوخت و نيز شتاب گيري در مقايسه با سيستم هاي انتقال قدرت متداول مي شود.

علي رغم اينکه يک دهه است که سيستم CVT در اتومبيلها استفاده مي شود، ولي محدود بودن گشتاور و پايين بودن قابليت اطمينان آنها بکارگيري اين سيستم را محدود کرده است.

انواع CVT

اصولاً CVT ها سه جز اساسي دارند :

يک تسمه لاستيکي يا فلزي با توان کششي بالا

يک قرقره متغير ورودي

يک قرقره متغير خروجي

CVT ها همچنين ريزپردازنده ها و سنسورهايي نيز دارند اما اجزاي اصلي و کليدي آنها همان سه مورد بالا مي باشد. امروزه تحقيقات زيادي بر روي انواع گوناگوني از سيستمهاي انتقال قدرت پيوسته متغير انجام شده که برخي از آنها عبارتند از : CVT نوع تسمه فشاري ، CVT نوعtoroidal  يا محرک کششي ،CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير ، CVT با هندسه متغير و CVT نوع محرک کششي انحرافي و انواع ديگري که تحقيقات روي آنها ادامه دارد.

  CVT  نوع تسمه فشاري

در اين نوع که پر کاربردترين نوع از سيستمهاي CVT است، يک تسمه توان را بين دو قرقره مخروطي که يکي ثابت و ديگري متحرک است، منتقل مي کند. هر قرقره از دو مخروط با زوايايي حدود 20 درجه تشکيل مي شود که يک تسمه V شکل نيز روي شيار بين دو قرقره سوار مي شود. بسته به فاصله بين مخروطهاي هر قرقره مقدار دور تسمه روي هر قرقره مشخص مي شود. (شکل2-19) چنانچه دو مخروط به هم نزديک باشند، قطر حلقه تسمه روي آن قرقره زياد و اگر مخروطها از هم دور شوند، قطر حلقه کم مي شود. وقتي قطر يک قرقره افزايش مي يابد، قطر طرف ديگر کاهش مي يابد تا سفتي تسمه حفظ شود. جهت اعمال نيروي لازم براي تنظيم فاصله بين مخروطهاي هر قرقره مي توان از فشار هيدروليک، نيروي گريز از مرکز يا فنرهاي کششي استفاده کرد.

شکل2-19 CVT  نوع تسمه فشاري

 همانطور که ديديم به صورت تئوري و با استفاده از اين روش بينهايت نسبت انتقال مي توان ساخت. در واقع مي توان گفت شايد بهترين گزينه براي سيستم انتقال قدرت همين CVT باشد. اما بايد توجه داشت که تسمه مي تواند بلغزد يا کش بيايد که اين خود سبب افت راندمان مي گردد. اما با استفاده از مواد جديد در ساخت تسمه ها اين افت را حتي الامکان کاهش داده اند. يکي از مهمترين پيشرفتها در اين زمينه استفاده از تسمه هاي فولادي است. (شکل2-20) اين تسمه هاي انعطاف پذير از چندين نوار باريک فلزي (بين 9-12) که بصورت محکمي روي هم قرار گرفته اند تشکيل شده است. اين تسمه هاي فلزي نمي لغزند و دوام بالايي دارند و امکان انتقال گشتاورهاي بزرگتري با استفاده از آنها وجود دارد. اين تسمه ها همچنين کم سروصدا تر از تسمه هاي لاستيکي کار مي کنند.

شکل2-20 مدلي از تسمه هاي فولادي مورد استفاده در CVT  نوع تسمه فشاري  

در اين نوع CVT  يک سنسور، خروجي موتور را حس کرده و سپس يک مدار برقي فاصله بين قرقره ها و در نتيجه کشش تسمه را افزايش يا کاهش مي دهد. تغيير پيوسته فاصله بين قرقره ها مشابه عمل تعويض دنده مي باشد.

CVT نوعtoroidal   يا محرک کششي

در اين نوع ازCVT قرقره ها و تسمه ها توسط ديسکها و غلتکهاي انتقال قدرت جايگزين مي شوند. اگرچه اين سيستم کاملاً متفاوت از سيستم قبل بنظر مي آيد، ولي همه اجزا آن قابل مقايسه با CVT از نوع تسمه فشاري مي باشد. به اين صورت که :

يک ديسک به موتور متصل است که در واقع معادل قرقره محرک است.

ديسک ديگر به شفت متحرک متصل است که معادل قرقره متحرک است.

غلتکها نيز بين ديسکها عمل مي کنند، همانند تسمه که در شيار بين قرقره ها قرار دارد.

غلتکها در امتداد دو محور مي چرخند. آنها حول محور افقي گردش مي کنند و حول محور عمودي کج مي شوند که اين امر سبب مي شود که غلتکها با ديسک در سطوح مختلف تماس پيدا کنند و همين سبب ايجاد نسبتهاي انتقال گوناگون مي شود. مثلاً هنگاميکه يکي از لبه هاي غلتکها با نقطه با قطر کم ديسک محرک در تماس باشد، لبه ديگر غلتکها بايستي نقطه با قطر زياد ديسک متحرک را لمس مي کند؛ که نتيجه آن کاهش در سرعت و افزايش گشتاور است و برعکس. (شکل2-21)

شکل2-21 CVT نوعtoroidal   يا محرک کششي در حالتهای مختلف از انتقال قدرت

  CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير

در اين نوع CVT ، از يک تسمه مسطح و انعطاف پذير که روي تکيه گاههاي متحرک قرار گرفته استفاده مي شود. اين تکيه گاهها مي توانند شعاع را تغيير داده و در نتيجه نسبت انتقال نيرو را عوض کنند. (شکل2-22) با اين وجود، در نسبتهاي دنده بالا تکيه گاهها جدا شده و يک مسير ناپيوسته دنده را ايجاد مي کنند که منجر به مشکلاتي نظير خزش و لغزش مي گردد.

شکل2-22 CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير

انواع ديگر CVT

انواع ديگري از CVT نيز وجود دارد، ولي کاربرد آنها به اندازه نوع فشاري و Toroidal گسترش نيافته است. در نوع محرک کششي انحرافي از يک محور مخروطي و لولا براي تعويض دنده در CVT استفاده مي شود و يا برعکس. به اين ترتيب يک نسبت دنده پيوسته ايجاد مي شود.

در CVT با هندسه متغير از چرخ دنده هاي خورشيدي قابل تنظيم براي تغيير نسبت دنده ها استفاده مي گردد. اين نوع CVT بيشتر شبيه CVT هاي متداول و سيستم انتقال قدرت معمولي قابل انعطاف مي باشد.

مزاياي CVT

 رانندگان اغلب با تعويض نرم دنده مواجه نيستند، ولي در سيستم CVT عمل تغيير نسبت انتقال به نرمي صورت مي گيرد، بنحوي که راننده يا مسافران تنها شتاب گرفتن اتومبيل را احساس مي کنند. از نظر تئوري،CVT باعث خرابي کمتر موتور و انتقال مطمئن تر توان خواهد شد، در حاليکه تعويض سريع دنده و دنده هاي مجزا باعث مي شود که موتور در سرعتي غير از سرعت بهينه کار کند. علاوه بر اين سيستم CVT راندمان و عملکرد بهتري دارد. در شکل2-23 راندمان انتقال توان يک گيربکس پنج سرعته (درصد توان منتقل شده موتور توسط سيستم انتقال) آورده شده است. راندمان متوسط اين گيربکس 86 درصد و راندمان متوسط يک گيربکس دستي 97 درصد مي باشد. در شکل2-24 نيز محدوده راندمان چند نوع سيستم CVT جهت مقايسه با راندمان گيربکس آورده شده است.

شکل2-23

شکل2-24 محدوده راندمان چند نوع سيستم CVT

مشاهده مي شود که راندمان سيستم هاي CVT نسبت به گيربکسهاي اتوماتيک بهتر است. علاوه بر اين به دليل اينکه سيستمهاي CVT اين امکان را براي موتور فراهم مي کنند که بتوانند صرف نظر از سرعت خودرو در نقطه طراحي کار کنند، مصرف سوخت اتومبيل نيز کاهش يافته و در نقطه بهينه قرار مي گيرد. آزمايشات نشان مي دهد که مصرف سوخت با استفاده از CVT ، 10 درصد کمتر از مصرف سوخت با استفاده از يک گيربکس چهار سرعته اتوماتيک مي باشد.

 معايب CVT

 توسعه سيستم هاي CVT به دلايل مختلفي کند بوده است. از جمله اينکه به دليل عملکرد مطلوب گيربکسهاي دستي و اتوماتيک و کاهش مصرف سوخت با استفاده از آنها نيازي به سيستم هاي CVT احساس نمي شد. يکي از معايب اصلي مدلهاي اوليهCVT ، لغزش بين تسمه و غلتک آنها بود، زيرا فاقد دندانه بوده و نمي توانستند يک اتصال مکانيکي صلب را ايجاد کنند. محرکهاي اصطکاکي معمولاً در معرض لغزش هستند، مخصوصاً در گشتاورهاي بزرگ. در مدلهايي از CVT که در سالهاي 1950 و 1960 استفاده مي شد، موتورها براي جبران لغزش، در دورهاي بالاتري کار مي کردند، به خصوص هنگام شتاب گيري از حالت سکون و گشتاور ماکزيمم. يکي از راه حلهاي ساده براي اين مشکل، استفاده از CVT در اتومبيلهايي است که موتور آنها گشتاور کمي توليد مي کنند. شايد بيشتر از هر علتي، هزينه اين نوع سيستمها مانع از رشد و توسعه آنها شده است.  

References :

 -  ” Automobile Engineering “    by   Dr. KIRPAL SINGH

-   ” Automobile Engineering “   by    K.K.JAIN

-   ” Advanced  Vehicles Technology “     by    HEINZ HEISLER

-  ” The Motor Vehicle “    by   T.K. GARRETT

-   ” Automotive Mechanics “   by   WILLIAM  HARRY CRUISE

 -  www.howstuffworks.com

-  www.carbibles.com

-  www.cvt.org

-  www.swri.edu/3pubs/ttoday/summer00/cvt.htm

صفحه قبل     ١      ٢      ٣      صفحه بعد