نظام الــــCVT الجديد

نظام الــــCVT الجديد (منقول)
هل حدث و ركبت سيارة أوتوماتيك جديدة (مثل اللانسر أو السيفيك) واندهشت عندما لم تسمع صوت النقلات؟
هل تخيلت أنك مخطئ أو أن صوتها منخفض بحيث لم تسمعه؟
فلننس النقلات
هل لاحظت في نفس السيارة أن عداد (RPM) يزيد بثبات بعكس باقي السيارات التي يصعد العداد ويهبط مع كل نقلة؟
أو على الـRPM العالي يثبت المؤشر في حين أن سرعة السيارة في تزايد؟
إذا كنت قد مررت بأحد هذه المواقف ولم تجد التفسير لهذه الأشياء
فاقرأ هذا المقال حتى تجد التفسير
انه بكل بساطة الـCVT
Continuously Variable Transmission
وهو صندوق التروس الأوتوماتيكي الجديد
والسبب في أنك لم تسمع صوت النقلات هو بكل بساطة أيضا أنه لا توجد نقلات أساسا .
هل تتساءل كيف تتغير التروس بدون نقلات؟؟؟
الجواب في كلمتين (لايوجد تروس).
إذا كيف تتغير نسبة السرعة أو عدد اللفات الخارجة من المحرك والذاهبة إلى العجلات؟
للرد على هذا السؤال يجب أن نشرح طريقة عمل الـ[COLOR="Red"]CVT
وهذا ما سنفعله الآن
في البداية يجب أن نتعرف على مكونات هذا النظام ووظيفة كل جزء
والكونات بسيطة جدا وقليلة جدا ، فبعكس صناديق التروس التقليدية والتي تحتوي على عشرات المكونات والأجزاء الـCVT يتكون من ثلاثة مكونات رئيسية ؛ وهي:
1- سير قوي V-Belt (مطاطي أومعدني).
2- بكرة متغيرة القطر (variable pulley) موصلة مع القدرة الداخلة.
3- بكرة متغيرة القطر (variable pulley) موصلة مع القدرة الخارجة.
ويحتوي أيضا على عدد من المعالجات (Microprocessors) والمجسات (sensors) والتي تعطينا الدقة في الحساب السرعة المطلوبة ، ولكن المكونات الأساسية هي ما ذكرناها مسبقا وهي (بكرتين وسير).
وقبل أن أبدأ بالشرح يجب أن تشاهد هذه الصورة المتحركة حتى تستطيع أن تتخيل طريقة العمل(حتى أنك من الممكن ألا تحتاج إلى شرحي بعد ذلك).
تعتبرالبكرة متغيرة القطر هي الأساس في فكرة عمل الـCVT ، كل بكرة تكون مكونة من مخروطين كل مخروط مائل بزاوية 20 درجة وكل منهما في لاصق للآخر كما شاهدنا، ويوضع السير في الفراغ مابين المخروطين - لذلك يفضل السير على شكل V أو (V-belt) في حالة السيور المطاطية - .
أمابالنسبة لطريقة العمل ؛ فالفكرة هي نفس فكرة صندوق التروس العادي:
عندما نريد تقليل السرعة القادمة من المحرك نضع ترس صغير على العمود المتصل بالمحرك وترس كبير على العمود المتصل بالعجل
وفي الـ CVT:
عندما نريد تقليل السرعة القادمة من المحرك نصغر البكرة المتصلة بالمحرك ونكبر البكرة المتصلة بالعجل، وبالتالي نحصل على نسبة التقليل التي نحتاجها .
وفي حالة الحصول على سرعة مطابقة لسرعة المحرك أو سرعة أكبر نطبق نفس النظرية .
والبكرة المتصة بالمحرك تسمى البكرة القائدة (Drive pulley) وتكون متصلة بعمود الكرنك ، أما البكرة المتصلة بالعجل تسمى البكرةالمُقادة (Driven pulley) .
وبما أن البكر متغيرالقطر فإن لدينا عدد لانهائي من الأقطار وبالتالي عدد لانهائي من النسب التي نستخدمها للحصول على القدرة القصوى من المحرك دون أن نضر به. ولتغيير أقطار البكرات نستطيع استخدام نظام هيدروليكي أو نظام الطَّرد المركزي (centrifugal force ) أوالزنبرك ، ولكن أفضلهم هو النظام الهيدروليكي بالطبع لأنه يعطينا دقة كبيرة جدا.
المسافة من مركز البكرة حتى نقطة تلامس السير مع البكرة تسمى نصف قطر الخطوة.
وهذه المسافة تزيد بزيادة قطر البكرة وتقل عندما يقل قطر البكرة ، ونحصل على النسبة النهائية لصندوق التروس بقسمة نصف قطر الخطوة للبكرة القائدة على نصف قطر الخطوة للبكرة المُقادة.
ويأتي هنا دورالـ Controller أو وحدة التحكم لحساب النسبة المطلوبة من الصندوق التروس في كل لحظة تتحرك فيها السيارة ، وذلك لأن النسب في الـ CVT تتغير كل ثانية تقريبا.
طبعا أنت تتعجب الآن لماذا مازلنا نسميه "صندوق تروس" رغم عدم احتوائه على تروس مطلقا. هل نسينا أنه لايوجد به تروس أم أنها غلطة مطبعية؟
لا لم أنسَ بل هو فعلا يصنف كصندوق تروس ؛ لا تتعجب فالترس في الميكانيكا يشير إلى نسبة التغيير في السرعة إما بالتكبير أو التصغير ، والـCVT يعطينا هذه النسب بكفاءة تامة إذاً فهو صندوق تروس.
والان بعد أن تعرفنا إلى الـCVT وإلى طريقة عمله، يجب أن نذكر تاريخه :
بالتأكيد أثناء قراءتك لطريقة عمله تساءلت لماذا لم يخترعوه منذ زمن بالرغم من أن فكرته في غاية البساطة؟
لقد اخترعوه منذ زمن فعلا وأقدم مما تتصور ، ففكرة الـCVT ترجع إلى ليوناردو دافنشي عام 1490 . أي منذ أكثر من 500 عام.
ولكن لم ينتبه أحد لهذا الاختراع حتى عام 1886 عندما طوره عالم آخر وأخذ أول براءة اختراع عن الـCVT الحلقي ولكن لم يفكر أحدا باستخدامه على السيارات وقتها لأن صناعة السيارات كانت في بدايتها ، ثم في 1935 طوره أديل دودج وتم تسجيل براءة اختراع باسمه في الولايات المتحدة ولكن المعادن في ذلك الوقت كانت محدودة ولم يكن هناك سبائك مثل اليوم وبالتالي لعمل CVT يتحمل عزم محرك السيارة بهذه المعادن سيكون كبيرا جدا وثقيلا جدا ولذلك تم استخدامه في الأجهزة الكهربية والمعدات الصغيرة والتي لا تتطلب قوة كبيرة ، ثم في 1958 تم عمل أول CVT في سيارة وكان ذلك في هولندا ولكنه لم ينجح أيضا لأنه كان يعمل بسير مطاطي ومع الوقت يتغير حجم السير وبالتالي تكون النسب غير سليمة ، وفي عام 1989 أنتجت شركة سوبارو اليابانية أول سيارة تعمل بصندوق تروس CVT وهي Subaru Justy GL ولكن السوق لم يتقبلها جيدا وذلك لعدم قدرة المستهلك على الثقة في هذه التقنية .
Subaru Justy
ومع التطور العلمي المستمراستطاع العلماء عمل سير معدني (****l Belt) وهو في نفس ليونة المطاط وبالتالي يستطيع تغيير نصف قطره مع البكرات وفي نفس الوقت فهو صلب جدا وبالتالي يتحمل مقدار العزم الكبير الذي يأتي من المحرك دون أن يتأثر ، وهو يتحمل عزم حتى 350Nm ومازال هناك تطوير حتى يستطيع تحمل أكثر من هذا الرقم .
وبذلك تم تحقيق المعادلة الصعبة والتي كانت العائق الوحيد في طريق نجاح الـCVT ، ومنذ ذلك الوقت بدأت الشركات في تطوير الـCVT واستخدامه في السيارات وخصوصا الشركات اليابانية وذلك لاهتمامهم بالتكنولوجيا وأيضا لصغر محركاتهم وبالتالي لاتخرج عزم كبير ، رغم أن شركة نيسان أضافت الـCVT مؤخرا إلى المورانو والتي تمتلك محرك سعته 3500CC وتعتبر هذه السيارة أكبر سيارة تعمل بتكنولوجيا الـCVT .
وهذا هو السير المعدني الذي تحدثناعنه:
وهو يتكون من عدة شرائط معدنية Steel Bands (من 9إلى 12) والتي تعطينا الليونة المطلوبة ،تحمل في منتصفها قطع معدنية صغيرة والتي تضمن صلابة السير . ورغم أنه مكون من المعدن إلا أن صوته عند التشغيل أقل من صوت السير المطاطي.
وهناك أنواع أخرى من الـ CVT :
1- الـ CVT الحلقي [ Torodial CVT ].
2- الـ CVT الهيدروليكي [ Hydrostatic CVTs ].
وكل الأنواع تعمل على نفس النظرية وهي التغيير المستمر لنسب التروس حتى نستطيع استغلال كل القدرة الخارجة من المحرك ونقلل من الفقد في الطاقة.
1- الـ CVT الحلقي [ Torodial CVT ]
يعمل بنفس أسلوب الـ CVT الذي تم شرحه مع تغيير البكرات بمخروطين والسير بعجلات كما بالصورة:
1- الـ CVT الهيدروليكي [ Hydrostatic CVTs ]:
أما النظام الهيدروليكي فيختلف تماما في طريقة عمله عن الأنظمة السابقة
فكما نرى في الصورة ، تأتي الحركة من المحرك وتدخل على المضخة لتحويلها إلى ضغط تدفع به السائل داخل الأنابيب ثم يدخل هذا السائل على موتور هيدروستاتيكي يحول هذا الضغط إلى حركة مرة أخرى وينقله إلى العجلات.
ويكون النظام الهيدروليكي دائما متصل ببمجموعة تروس كوكبية (planetary gear set) كالموجودة في صندوق التروس الأوتوماتيكي(القديم) ، وذلك لتكوين نظام هجين يسمى hydromechanical transmission أو كما يطلق عليه في السوق(هيدروماتيك).
وهذا النظام ينقل الحركة على ثلاثة أنماط :
الأول؛ ويكون في السرعات الصغيرة ،ويستخدم النظام الهيدروليكي فقط.
الثاني؛ ويكون في السرعات الكبيرة ،ويستخدم النظام الميكانيكي فقط.
الثالث؛ ويكون فيما بين هذين النمطين ، ويستخدم كلا النظامين في نفس الوقت.
ويعتبر هذا النظام أفضل نظام للمعدات التي تُستَخدم للخدمة الشاقة كالجرارات والمعدات الزراعية.
ونأتي الآن لمميزات الـCVT :
الخاصية - الميزة المستفادة من هذه الخاصية -
1- تسارع ثابت ودون نقلات من الوقوف حتى السرعة القصوى - مما يعطينا قيادة أنعم وأكثر راحة -
2- يعمل على اعطاءك كل القدرة الخارجة من المحرك بغض النظر عن السرعة التي تسير بها - مما يجعله موفر في استهلاك الوقود -
3- يعطي رد فعل أسرع وأحسن عند تغير ظروف القيادة (كصعود تل أو نزول منحدر أو التسارع المفاجئ) - يغنيك عن البحث عن النقلة المناسبة لكل ظرف تمر به (تسقيط النقلة) -
4- يقلل من القدرة المفقودة من المحرك - مما يعطي تسارع أفضل -
5- تحكم افضل للمحرك - مما يقلل من الانبعاثات الصادرة من المحرك ويطيل في عمره -
6- نظريا ؛ السيارة التي تحتوي على CVT يزيد تسارعها بنسبة 25% عن نفس السيارة بصندوق تروس عادي.
وهذه صورة تقارن بين سيارة بها CVT ونفس السيارة بصندوق تروس عادي
وبالطبع لا يوجد شيء في الدنيا بدون عيوب مهما زادت مميزاته ، ولكني أرى أن عيوبه لا تذكر بالمقارنة بالمميزات وأن العلماء سيجدون لها حلا عن قريب.
العيوب:
1- خوف المستهلك منها ، وذلك لبساطتها ولفشل النماذج الأولى في السوق مثل (Subaru Justy)
2- عدم قدرتها على تحمل العزم الكبير ، أقصى عزملها 350NM
3- حجمها أكبر من صناديق التروس التقليدية و وزنها أكبر .
وكما ذكرت فهذه العيوب من الممكن تفاديها ببساطة، كما فعلت شركة نيسان في انتاج الـ Murano بمحرك 3500CC ينتج 245Hp ويعمل على تكنولوجيا الـCVT ، وأيضا استخدام شركة أودي لهذه التكنولوجيا في سياراتها الـ A4 و A6، وان شاء الله تكون البداية لمستقبل هذه التكنولوجيا والتي ستجتاح الأسواق عماقريب.