تزریق هیجان به جعبه دنده های CVT توسط تویوتا؛ e-CVT چگونه کار می کند؟

در حال حاضر تویوتا محصول پر فروش خود یعنی کرولا را عموما به صورت هیبریدی عرضه می کند. این خودرو به یک جعبه دنده "e-CVT"مجهز است و از آن جا که عموما ما جعبه دنده های CVT را دوست نداریم، کرولا جدید چندان به مذاق ما خوش نمی آید. اما "e-CVT" چیز چندان جدیدی نیست و تویوتا در اواخر دهه 1990 میلادی و در مدل پریوس به طور پیوسته از آن استفاده کرده است.

تویوتا اسم این فن آوری را "THS" و یا همان (سیستم هیبرید تویوتا) نام گذاری کرده است. این کمپانی با معرفی "HSD"،  از این فن آوری در خودروهای لکسوس نیز استفاده کرده است و حتی آن را در اختیار دیگر خودروسازان نیز قرار داده است.

موتور و جعبه دنده در یک اتصال جدا نشدنی حسی همانند خوردن یک پودینگ و محتویات چسبنده روی آن را به شما می دهند، مگر آن که جعبه دنده شما از نوع CVT باشد. البته بسیاری از رانندگان از رفتار ناهماهنگ دور موتور با میزان سرعت در جعبه دنده CVT  متنفر هستند. این حالت در واقع به دلیل اتصال دو پولی به کمک یک تسمه پدید می آید.

جعبه دنده CVT اولین بار توسط شرکت DAF در سال 1958 میلادی معرفی شد. به جای داشتن جعبه پیچیده ای از انواع اقسام چرخ دنده ها، دو پولی با قابلیت تغییر در میزان قطر آن به وسیله یک تسمه به یکدیگر متصل می شود. برای داشتن حالتی مشابه با دنده یک، موتور پولی را در کوچک ترین قطر خود به چرخش در می آورد و پولی دوم که توسط تسمه به پولی اول متصل است در بزرگ ترین قطر خود چرخ ها را به حرکت در می آورد.

با افزایش سرعت، قطر پولی به حرکت در آمده توسط موتور بزرگ و بزرگ تر می شود و پولی متحرک یا دوم  کوچک تر می شود تا ضریب را افزایش و در نتیجه باعث شتاب گیری خودرو شود. این جعبه دنده به جای کنترل توسط کامپیوتر با یک وکیوم کنترل می شود. این وکیوم به طور مرتب و خودکار قابلیت تغییر در سراشیبی ها و تپه ها و همینطور در حالت شتاب گیری سنگین تر را دارد. این سیستم توسط آئودی، فورد و حتی فیات نیز استفاده شده است.

البته نمی توان تمامی CVT ها به خصوص e-CVT جدید تویوتا را مورد سرزنش قرار داد. به طور مثال تویوتا در مدل جدید کرولا به جای استفاده از تسمه و پولی های معمول، از دو موتور الکتریکی در نقش ژنراتور با نام های MG1 و MG2 که به یک جعبه دنده سیاره ای متصل شده اند استفاده می کند. در واقع تمامی سیستم به گونه ای طراحی شده که در یک طرف موتور به همراه متعلقات این جعبه دنده قرار گرفته است و در طرف دیگر نیز جعبه دنده با اتصال به چرخ ها خودرو را به حرکت در می آورد.

استفاده از دنده های موسوم به خورشیدی یا سیاره ای امری معمول در جعبه دنده های اتوماتیک است که در جعبه دنده جدید تویوتا نیز از آن استفاده شده است. این بسته جمع و جور شامل یک چرخ دنده خورشیدی و سیاره ای و حلقه دنده بسته است که حالت چرخش سیارات به دور خورشید در منظومه شمسی را شبیه سازی می کند. در این بین تنها چند اجزای متفاوت به نسبت جعبه دنده های معمولی وجود دارد که باعث می شود دو ژنراتور در نقش های مختلفی بازی کنند.

موتور الکتریکی MG1 می تواند موتور احتراق داخلی را روشن کند و در ادامه نقش یک ژنراتور را برای شارژ باتری ها بازی می کند. موتور الکتریکی MG2 به تنهایی و یا با کمک موتور احتراق داخلی خودرو نقش محرک را بازی می کند و حتی می تواند به عنوان یک بازیاب انرژی در زمان ترمز گیری به ایفای نقش بپردازد.

MG1 می تواند مقدار کمی از گشتاور را به مجموعه چرخ دنده ها برای حفظ تعادل بین موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی دوم یعنی MG2 ارسال کند. همچنین ترکیب های بسیار مختلفی با استفاده از این دو موتور الکتریکی پدید می آید. به طور مثال در حالت تمام الکتریکی هر دو موتور الکتریکی از موتور احتراق داخلی بدون استفاده از کلاچ جدا می شوند و یک برد حرکتی هرچند کوتاه را ممکن می سازند.

بنابراین تمامی جعبه دنده های CVT آن چیزی نیستند که ما فکر می کنیم و این راه حل تویوتا یکی از هوشمندانه ترین و کارآمدترین سیستم ها است و جای تعجب نیست که ایده و اجرایی شدن آن بیش از 20 سال به طول انجامیده است.

شرکت بوش نیز با کمک کنترل الکترونیکی همان سیستم ساده مکانیکی و معمول جعبه دنده های CVT یعنی پولی و تسمه را کنترل می کند و علیرغم این که جعبه دنده های CVT جایی در مسابقات استقامت اتومبیل رانی جایی نداشته اند اما در دهه 1970 ستاره هلندی رالی کراس "jan de Rooy" این مسابقات را تحت سلطه خود با دو خودرو “DAF 55” و “555S” در آورده بود.

شرکت DAF در مسابقات قهرمانی دنده عقب (بله قبلا چنین مسابقاتی برگزار می شد) در هلند به قهرمانی رسیده بود و مهم ترین دلیل آن این است که جعبه دنده های CVT امکان حرکت دادن خودرو با همان سرعتی که خودرو به سمت جلو حرکت می کرده را در حالت دنده عقب مهیا می کنند.

در پایان جعبه دنده های CVT تبدیل به یکی از اجزای اصلی خودروهای امروزی شده اند و از آن جا که هزینه ساخت و پیچیدگی کمتری به نسبت جعبه دنده های معمولی دارند، توسط بسیاری از خودروسازان مورد استفاده قرار می گیرند و به نظر می رسد تنها راه لذت بخش کردن رانندگی با این دست از جعبه دنده ها ورود فن آوری های جدید و نوینی است که توانسته یک جعبه دنده کارا و هوشمندی همچون e-CVT تویوتا به وجود می آید.