سیستم انتقال قدرت پیوسته متغیر (CVT)
سیستم انتقال قدرت پیوسته متغیر (CVT)
ایده استفاده از سیستمهای انتقال قدرت پیوسته متغیر از سالها قبل مطرح شده بود ولی تنها در چند سال اخیر سازندگان اتومبیل به آن رو آورده اند. بر خلاف سیستم های انتقال متداول دستی یا اتوماتیک درCVT ، نسبت دنده های مجزا با نسبتهای قابل تنظیم پیوسته جایگزین می شود. سیستم CVT می تواند به طور ثابت نسبت دنده خود را برای بهبود راندمان موتور و ایجاد یک منحنی گشتاور- سرعت مناسب تغییر دهد. این ویژگی باعث بهبود مصرف سوخت و نیز شتاب گیری در مقایسه با سیستم های انتقال قدرت متداول می شود.
علی رغم اینکه یک دهه است که سیستم CVT در اتومبیلها استفاده می شود، ولی محدود بودن گشتاور و پایین بودن قابلیت اطمینان آنها بکارگیری این سیستم را محدود کرده است.
اصولاً CVT ها سه جز اساسی دارند :
یک تسمه لاستیکی یا فلزی با توان کششی بالا
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 : CVT نوع تسمه فشاری ، CVT نوعtoroidal یا محرک کششی ،CVT نوع تسمه ای الاستومر با قطر متغیر ، CVT با هندسه متغیر و CVT نوع محرک کششی انحرافی و انواع دیگری که تحقیقات روی آنها ادامه دارد.
در این نوع که پر کاربردترین نوع از سیستمهای CVT است، یک تسمه توان را بین دو قرقره مخروطی که یکی ثابت و دیگری متحرک است، منتقل می کند. هر قرقره از دو مخروط با زوایایی حدود ۲۰ درجه تشکیل می شود که یک تسمه V شکل نیز روی شیار بین دو قرقره سوار می شود. بسته به فاصله بین مخروطهای هر قرقره مقدار دور تسمه روی هر قرقره مشخص می شود. (شکل۲-۱۹) چنانچه دو مخروط به هم نزدیک باشند، قطر حلقه تسمه روی آن قرقره زیاد و اگر مخروطها 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 گفت شاید 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.
در این نوع CVT یک سنسور، خروجی موتور را حس کرده و سپس یک مدار برقی فاصله بین قرقره ها و در نتیجه کشش تسمه را افزایش یا کاهش می دهد. تغییر پیوسته فاصله بین قرقره ها مشابه عمل تعویض دنده می باشد.
در این نوع ازCVT قرقره ها و تسمه ها توسط دیسکها و غلتکهای انتقال قدرت جایگزین می شوند. اگرچه این سیستم کاملاً متفاوت 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 قطر کم دیسک 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 تکیه گاهها 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 دیگری از CVT نیز وجود دارد، ولی کاربرد آنها به اندازه نوع فشاری و Toroidal گسترش نیافته است. در نوع محرک کششی 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 CVT بیشتر شبیه CVT های متداول و سیستم انتقال قدرت معمولی قابل انعطاف می باشد.
رانندگان اغلب با تعویض نرم دنده مواجه نیستند، ولی در سیستم CVT عمل تغییر نسبت انتقال به نرمی صورت می گیرد، بنحوی که راننده یا مسافران تنها شتاب گرفتن اتومبیل را احساس می کنند. از نظر تئوری،CVT باعث خرابی کمتر موتور و انتقال مطمئن تر توان خواهد شد، در حالیکه تعویض سریع دنده و دنده های مجزا باعث می شود که موتور در سرعتی غیر از سرعت بهینه کار کند. علاوه بر این سیستم CVT راندمان و عملکرد بهتری دارد. در شکل۲-۲۳ راندمان انتقال توان یک گیربکس پنج سرعته (درصد توان منتقل شده موتور توسط سیستم انتقال) آورده شده است. راندمان متوسط این گیربکس ۸۶ درصد و راندمان متوسط یک گیربکس دستی ۹۷ درصد می باشد.
مشاهده می شود که راندمان سیستم های CVT نسبت به گیربکسهای اتوماتیک بهتر است. علاوه بر این به دلیل اینکه سیستمهای CVT این امکان را برای موتور فراهم می کنند که بتوانند صرف نظر از سرعت خودرو در نقطه طراحی کار کنند، مصرف سوخت اتومبیل نیز کاهش یافته و در نقطه بهینه قرار می گیرد. آزمایشات نشان می دهد که مصرف سوخت با استفاده از CVT ، ۱۰ درصد کمتر از مصرف سوخت با استفاده از یک گیربکس چهار سرعته اتوماتیک می باشد.
توسعه سیستم های CVT به دلایل مختلفی کند بوده است. از جمله اینکه به دلیل عملکرد مطلوب گیربکسهای دستی و اتوماتیک و کاهش مصرف سوخت با استفاده از آنها نیازی به سیستم های CVT احساس نمی شد. یکی از معایب اصلی مدلهای اولیهCVT ، لغزش بین تسمه و غلتک آنها بود، زیرا فاقد دندانه بوده و نمی توانستند یک اتصال مکانیکی صلب را ایجاد کنند. محرکهای اصطکاکی معمولاً در معرض لغزش هستند، مخصوصاً در گشتاورهای بزرگ. در مدلهایی از CVT که در سالهای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ استفاده می شد، موتورها برای جبران لغزش، در دورهای بالاتری کار می کردند، به خصوص هنگام شتاب گیری از حالت سکون و گشتاور ماکزیمم. یکی از راه حلهای ساده برای این مشکل، استفاده از CVT در اتومبیلهایی است که موتور آنها گشتاور کمی تولید می کنند. شاید بیشتر از هر علتی، هزینه این نوع سیستمها مانع از رشد و توسعه آنها شده است.
منبع : parsikhodro.com
