آشنایی با نحوه عملکرد گیربکس دو کلاچه CVT

سیستم دوکلاچه که امروز در خودروهای خودروسازان داخلی همانند کپچر استفاده می شود و از نوع جدیدترین تکنولوژی خودروهای روز دنیا است.این جعبه‌دنده نوعی از جعبه‌دنده نیمه-خودکار است. مانند جعبه‌دنده دستی از مجموعه چند چرخ‌دنده تشکیل شده، با این تفاوت که از دو کلاچ برای قطع و وصل نیرو جهت چرخ دنده‌های زوج یا فرد استفاده می‌کند و چرخ دنده‌های زوج و فرد روی دو میله مستقل از هم قرار می‌گیرند و در حقیقت این سیستم مانند دو جعبه‌دنده دستی و مجزا با کلاچ‌های ترتیبی بوده، که در یک محفظه قرار گرفته‌اند و به عنوان یک واحد انجام وظیفه می‌کنند.

هر دو کلاچ به صورت هم مرکز و در راستای میله اصلی جعبه‌دنده قرار گرفته‌اند. کلاچ بیرونی و بزرگتر، تعویض دنده‌های فرد را انجام می‌دهد و کلاچ درونی و کوچکتر، دنده‌های زوج را تعویض می‌کند. معمولاً این نوع گیربکس‌ها در حالت تمام خودکار، کار می‌کنند، که به راننده امکان تعویض دنده به صورت دستی را می‌دهد.
عملکرد تعویض دنده‌ها توسط حسگرها و تجهیزات الکتریکی-هیدرولیکی انجام می‌گردد. در حال حاضر دو نوع ۵ سرعته و ۶ سرعته آن در خودروهای پورشه استفاده می‌گردد و کاربرد آنها روند رو به رشدی در صنعت خودروسازی دارد.
نوع ۷ سرعته آن جهت خودروهای مسابقه‌ای توسط برندهای مختلف خودروسازی مورد استفاده قرار گرفته است. سری گیربکس‌های دوکلاچه مکاترونیک که روی ب ام و ام۳ نصب شده‌اند، از این نوع جعبه‌دنده‌ها هستند. همچنین سری گیربکس‌های با دوکلاچه خشک، در آلفارومئو میتو استفاده شده است.

سیستم انتقال قدرت از نظر نوع تعویض دنده به دو دسته معمولی و اتوماتیک تقسیم بندی می شوند. در سیستم انتقال قدرت معمولی، راننده با فشار دادن پدال کلاچ و با استفاده از دسته دنده، دنده را تعویض مى نماید.در سیستم انتقال قدرت اتوماتیک که با استفاده از یک مبدل گشتاور(به جای کلاچ)و یک یا چند مجموعه چرخ دنده سیاره اى، همه کارهاى تعویض دنده به صورت خودکار انجام می گیرد. اما سیستم دیگرى مابین این دو سیستم وجود دارد که ترکیبى از بهترین ویژگى هاى هر دو سیستم را دارا می باشد و آن سیستم انتقال قدرت دو کلاچه است که به آن، سیستم انتقال قدرت شبه اتوماتیک، سیستم دستى بدون کلاچ یا سیستم دستى انتقال قدرت اتوماتیک شده هم گفته مى شود. البته در زمینه ماشین هاى مسابقه سیستم هاى شبه اتوماتیک مانند گیربکس دستى متوالى همواره استفاده شده اند اما در ماشین هاى معمولى تکنولوژى نسبتاً جدیدى است.

هم Audi هم Porsche مفهوم دو کلاچه را در طرح های خود مد نظر قرار دادند هرچند که استفاده این شرکت ها از سیستم دو کلاچه تنها به ماشین های مسابقه محدود شد. Porsche Dual Klutch یا PDK شامل مدل های مسابقه ای ۹۵۶ و ۹۶۲ C بودند.در سال ۱۹۸۶ پورشه ۹۶۲ در مسابقه ۱۰۰۰ کیلومتری مونزا (Monza) که بین خودروهای نمونه اولیه در سطح جهان برگزار می شود موفق به کسب مقام اول شد. این اولین برد اتومبیل های مجهز به PDK نیمه اتوماتیک بود. این مدل به وسیله پدال عمل تعویض دنده را انجام می داد. Audi هم در سال ۱۹۸۵ تاریخ ساز شد، زمانی که یک ماشین کواترو S۱ مجهز به سیستم انتقال قدرت دو کلاچه در مسابقه بالا رفتن از تپه از یک کوه به ارتفاع ۴۳۰۰ متر بالا رفت و موفق به کسب مقام اول شد. تا سال های اخیر ماشین های مجهز به سیستم دو کلاچه وارد بازار نشدند . فلکس واگن از پیشگامان سیستم انتقال قدرت دو کلاچه است. فورد دومین تولید کننده سیستم های انتقال قدرت دوگانه است. این شرکت یک سیستم دو کلاچه ۶ دنده را تحت عنوان سیستم پاور شیفت (Powershift) در سال ۲۰۰۵ در نمایشگاه بین المللی فرانکفورت به نمایش گذاشت با این وجود محصولات آنها دو سال بعد به اولین نسل پاور شیفت ها مجهز شدند.

عملکرد سیستم بطور خلاصه:
یک گیربکس دو کلاچه ( مانند گیر بکس DSG Direct Shift Gearbox ) از دو کلاچ استفاده مى کند و در عین حال پدال کلاچ ندارد ،کنترل کننده های الکترونیکى و هیدرولیکى پیچیده اى کلاچ ها را کنترل مى کنند. درDCT(سیستم انتقال قدرت دو کلاچه) کلاچ ها مستقل از هم عمل مى کنند.

یک کلاچ چرخ دنده هاى فرد را کنترل مى کند و دیگرى چرخ دنده هاى زوج را با استفاده از این شیوه دنده بدون قطع جریان نیرو از موتور به چرخ ها عوض مى شود.

طرز کارسیستم انتقال قدرت دو کلاچه:
یک شفت دو قسمتى در مرکز DCT قرار دارد که بر خلاف گیربکس هاى دستى معمولى که همه چرخ دنده ها روى یک شفت ورودى قرار دارند ،DCT چرخ دنده هاى زوج و فرد را به وسیله دو شفت ورودى از هم جدا مى کند.
این چگونه ممکن است؟ شفت خارجى به صورتى سوراخ شده که محفظه اى را براى شفت داخلى فراهم مى کند و شفت داخلى در آن جا مى گیرد. شفت خارجى به چرخ دنده هاى دو و چهار وصل است و شفت داخلى به چرخ دنده هاى اول ،سوم و پنجم متصل است. تصویر زیر ترتیب قرار گیرى اجزا را در یک سیستم پنج دنده DCT نشان مى دهد. توجه کنید که یک کلاچ چرخ دنده هاى دوم و چهارم را کنترل مى کند و کلاچ دیگر به صورت مستقل چرخ دنده هاى اول و سوم و پنجم را کنترل مى کند. این همان چیزى است که تعویض برق آساى دنده ها را ممکن مى کند و در عین حال قدرت همواره به صورت ثابت یه چرخ ها منتقل مى شود. سیستم انتقال قدرت اتوماتیک استاندارد نمى تواند این نیاز را برطرف کند زیرا در این سیستم براى تمام چرخ دنده ها از یک کلاچ استفاده مى شود.
کلاچ هاى چند صفحه اى:
از آنجایى که سیستم دو کلاچه شبیه سیستم اتوماتیک است شاید فکر کنید که این سیستم به مبدل گشتاور نیاز داشته باشد چیزى که در سیستم اتوماتیک مورد نیاز است تا قدرت به چرخ ها منتقل شود در حالى که DCT به مبدل گشتاور نیاز ندارد. به جاى آن DCT هایى که هم اکنون در بازارند از کلاچ هاى چند صفحه اى خیس استفاده مى کنند.کلاچ خیس کلاچى است که اجزاى کلاچ را در مایعى شست و شو مى دهد تا هم اصطکاک کم شود هم از گرماى تولید شده بکاهد.تولید کنندگان در حال توسعه DCT هاى با کلاچ خشک هستند درست مانند سیستم هاى دستى.

اما ماشین هایى که مجهز به DCT هستند از کلاچ خیس استفاده مى کنند. بسیارى از موتور سیکلت ها از یک کلاچ چند صفحه اى استفاده مى کنند. درست همانند مبدل گشتاور ،کلاچ چند صفحه اى از فشار هیدرولیکى براى به حرکت در آوردن چرخ دنده ها استفاده مى کند. مایع کار خود را در داخل پیستون کلاچ انجام مى دهد_در شکل بالا مشخص است_وقتى که کلاچ درگیر مى شود فشار هیدرولیکى داخل پیستون فنر هاى حلقه شده را تحت فشار قرار مى دهد. با این کار یک دسته از صفحه هاى کلاچ و دیسکهاى اصطکاکى به صفحه فشار که ثابت است فشرده مى شوند. دیسکهاى اصطکاکى داراى دندانه هاى داخلى هستند و به گونه اى طراحى شده اند که با دندانه هاى روى غلطک هاى کلاچ درگیر شوند و این غلطک ها هم به نوبه خود با چرخ دنده هایى که نیرو را انتقال مى دهند درگیر مى شوند. سیستم انتقال قدرت دو کلاچه خشک آئودى(Audi) ،هم یک فنر حلقه اى کوچک هم یک فنر بزرگ میانى دارد. به منظور آزاد کردن کلاچ ،از فشار روغن درون پیستون کاسته مى شود. با این کار فنر هاى پیستون که اعمال فشار روى مجموعه کلاچ و صفحات فشار را ممکن مى کنند به حالت آزاد بر مى گرد.

مزایاى سیستم انتقال قدرت دو کلاچه:

۱- چون DCT به ترتیب یک چرخ دنده را خارج و دیگرى را درگیر مى کند شوک هنگام تعویض دنده (shift shock) کاهش مى یابد.
۲- تعویض دنده تحت نیرو انجام مى گیرد یعنى یک جریان قدرت ثابت و پایدار بین موتور و چرخ ها وجود خواهد داشت.
۳- با توجه به اینکه رفتن به دنده بالاتر ظرف ۸ میلى ثانیه انجام مى گیرد پس رانندگان در ضمن تعویض دنده یکى از چندین محاسن DCT ها را تجربه خواهند کرد و آن هم شتابگیرى دینامیک و پیوسته آن است.
۴- کاهش مصرف سوخت

معایب و مضایای سیستم انتقال قدرت دو کلاچه :
خوشبختانه قبلا مشخص شد که چرا DCT ها را جزو سیستم های انتقال قدرت دستی اتوماتیک شده می دانند.در اصل DCT دقیقا مانند سیستم دستی کار می کند.این سیستم شامل شفت ورودی شفت جانبی در محفظه چرخدنده ها ،هماهنگ کننده ها و کلاچ است تنها چیزی که ندارد پدال کلاچ است چون سیستم های هیدرولیکی و سیم پیچ ها کار تعویض دنده را انجام می دهند. حتی در این حالت نیز راننده می تواند با استفاده از دکمه یا دسته تعویض دنده تعیین کند که سیستم چه موقع عمل کند.

با توجه به اینکه رفتن به دنده بالاتر ظرف ۸ میلی ثانیه انجام می گیرد پس رانندگان در ضمن تعویض دنده یکی از چندین محاسن DCT ها را تجربه خواهند کرد و آن هم شتابگیری دینامیک و پیوسته آن است.تعویض دنده یکنواخت با حذف شوک- shift shock _که در سیستم دستی و بعضی از سیستم های اتوماتیک وجود دارد_ حاصل می شود.بهترین حسن DCT ها این است که به راننده این امکان را می دهد تا با توجه به راحتی خود انتخاب کند که خود عمل تعویض دنده را انجام دهد یا کامپیوتر همه کارها را انجام دهد.
Audi TT Roadster یکی از چندین مدل Audi که از سیستم انتقال دو کلاچه استفاده می کند.
شاید بزرگترین حسن DCT ها صرفه جویی در مصرف سوخت باشد .از آنجایی که در ضمن تعویض دنده انتقال قدرت از موتور به چرخ ها قطع نمی شود مصرف سوخت به صورت قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.بعضی از متخصصان می گویند یک سیستم ۶ دنده DCT در مقایسه با یک سیستم اتوماتیک ۵ دنده افزایش ۱۰درصدی بازده نسبی سوخت را بدست می دهد.
بسیاری از تولید کنندگان اتومبیل به DCT ها علاقه مند شده اند این در حالی است که تولید کننده گان موتور ها از هزینه ای که باید صرف تغییراتی در خطوط تولید موتور شود نگرانند و این باعث افزایش قیمت ماشین هایی که مجهز به DCT هستند می شود و ممکن است خریداران آگاه را از خرید این ماشین ها منصرف کند.

انتقال قدرت متناوب ( cvt چیست؟)
به علاوه امروزه تولید کنندگان بیشتر در تکنولوژی های مربوط به سیستم های انتقال قدرت متناوب سرمایه گذاری می کنند.یکی از موارد مورد توجه سیستم تعویض دنده پیوسته است ( CVT ).CVT یکی از انواع سیستم های اتوماتیک است که از یک سیستم پولی و یک تسمه ویا یک زنجیر به منظور تنظیم نسبت چرخدنده ها استفاده می کند.CVT ها همچنین شوک هنگام تعویض دنده را هم کاهش می دهند و بازده سوخت را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می دهند اما CVT ها نمی توانند نسبت به گشتاورهای بالای مورد نیاز در ماشین های با توان بالا پاسخگو باشند.

DCT ها این مشکلات را ندارند و برای اتومبیل های با توان بالا ایدآل هستند.در اروپا ، جایی که سیستم دستی بیشتر به خاطر عملکرد خوب و بازده سوخت مناسب ترجیح داده می شود پیش بینی می شود که DCT ها ۲۵% بازار را به خود اختصاص دهند و تنها یک درصد از محصولات اروپای غربی تا سال ۲۰۱۲ مجهز به CVT خواهند بود.

سیستم انتقال قدرت دو کلاچه،گذشته حال و آینده
فردی که گیربکس اتوماتیک را ابداع کرد یکی از پیشگامان مهندسی خودرو بود. آدولف کگرس(Adolphe Kégresse) بیشتر به خاطر ماشین های نظامی (half-track) معروف است.نوعی از ماشین هایی که مجهز به چرخهای خاصی هستند و امکان رانندگی در هر نوع ناهمواری زمین را فراهم می کنند.در سال ۱۹۳۹ کگرس طرح استفاده از سیستم دو کلاچه را مورد توجه قرار داد و امیدوار بود در خودرو افسانه ای مخصوص بکسل سیتروئن به کار رود اما متاسفانه شرایط ناسازگار تجاری مانع پیشرفت بیشتر در این زمینه شد.
هم Audi هم Porsche مفهوم دو کلاچه را در طرح های خود مد نظر قرار دادند هرچند که استفاده این شرکت ها از سیستم دو کلاچه تنها به ماشین های مسابقه محدود شد. Porsche Dual Klutch یا PDK شامل مدل های مسابقه ای ۹۵۶ و ۹۶۲ C بودند.در سال ۱۹۸۶ پورشه ۹۶۲ در مسابقه ۱۰۰۰ کیلومتری مونزا (Monza) که بین خودروهای نمونه اولیه در سطح جهان برگزار می شود موفق به کسب مقام اول شد. اين اولين برد اتومبيل هاي مجهز به PDK نيمه اتوماتيك بود . اين مدل به وسيله پدال عمل تعويض دنده را انجام مي داد. Audi هم در سال ۱۹۸۵ تاريخ ساز شد ، زماني كه يك ماشين كواترو S1 مجهز به سيستم انتقال قدرت دو كلاچه در مسابقه بالا رفتن از تپه از يك كوه به ارتفاع ۴۳۰۰ متر بالا رفت و موفق به كسب مقام اول شد.