มิติใหม่ของเกียร์สายพาน

หากกล่าวถึงเกียร์อัตโนมัติอัตราทดต่อเนื่อง หรือเกียร์ซีวีที (CVT: CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION) เชื่อว่าผู้อ่านต่างก็เคยได้สัมผัสกับรถยนต์ที่ใช้เกียร์ในรูปแบบนี้กันแล้ว เนื่องจากออกมาให้เราได้สัมผัสกันมานานเกิน 10 ปี โดยรุ่นแรกที่ผู้เขียนได้สัมผัสเกียร์ซีวีที ติดตั้งอยู่ในรถยนต์ ฮอนดา ซิที รหัสตัวถัง จีดี 8 เมื่อ 15 ปีก่อน และเป็นความทรงจำที่ไม่ค่อยประทับใจ เนื่องจากการตอบสนองที่ให้ความรู้สึก “น่าเบื่อ”

ความรู้สึก “น่าเบื่อ” ของเกียร์ซีวีที ในยุคเก่านั้น เกิดจากการที่เมื่อกดคันเร่งลงไป รอบเครื่องจะวิ่งขึ้นไปค้างรอบที่ให้แรงม้าสูงสุด ซึ่งส่งผลให้เครื่องยนต์ส่งเสียงครางโหยหวน แล้วอัตราทดของเกียร์จะค่อยๆ เปลี่ยนไปตามความเร็วที่เพิ่มขึ้น   การทำงานของมัน หากจะอธิบายก็ขอให้นึกถึง ระบบเกียร์ของรถจักรยาน เนื่องจากใช้แนวคิดเดียวกัน โดยเกียร์ของรถจักรยานนั้นมีส่วน “จานหน้า” (CHAINRING) รับกำลังจากขาของเราที่กดบันได (CRANK) เพื่อสร้างการหมุนแล้วส่งกำลังไปยัง “เกียร์” (CASSETTE/GEARS/COG SET) ที่อยู่ตรงจุดศูนย์กลางของล้อหลังผ่านทางโซ่ (CHAIN)     เกียร์ซีวีที มีการทำงานไม่ต่างกับชุดขับเคลื่อนของรถจักรยาน โดย “จานหน้า” คือ พูลเลย์ตัวขับ (DRIVE PULLEY) ส่วน เกียร์ (GEARS) ของรถจักรยาน ก็คือ พูลเลย์ตัวตาม (DRIVEN PULLEY) โดยเชื่อมต่อกันด้วยสายพานโลหะ (BELT)   การทำงานนั้นไม่ต่างกับรูปแบบการเปลี่ยนเกียร์ของรถจักรยาน ที่ความเร็วต่ำ เราต้องเอาชนะพลังงานศักย์ที่มีอยู่ โดยออกตัวด้วยการใช้จานหน้าตัวเล็ก และเกียร์ด้านหลังเป็นจานใหญ่ ซึ่งส่วนผสมนี้ ทำให้ที่ความเร็วต่ำ รอบหมุนของขาเราจะมาก แต่รถเคลื่อนตัวได้ช้า (แต่มีกำลังในการไต่เนิน) และเมื่อรถออกตัวไปแล้ว ต้องการทำความเร็วให้สูงขึ้น สามารถทำได้ 2 วิธี คือ 1. ซอยขาให้มีรอบหมุนสูงขึ้น 2. เนื่องจากมนุษย์นั้นมีรอบหมุนของขาที่ทำได้จำกัด จึงต้องอาศัยการเปลี่ยนอัตราทดเกียร์ช่วย   รถจักรยานบางชนิด อาทิ จักรยานแม่บ้าน หรือจักรยานฟิกซ์เกียร์ เมื่อเราไม่มีทางเลือก นอกจากซอยขาให้เร็วขึ้น ถ้าต้องการวิ่งให้เร็วขึ้น เนื่องจากมันไม่มีเกียร์ให้เปลี่ยน แต่ในรถที่มีเกียร์ หากเราต้องการทำความเร็วให้สูงขึ้น สามารถเพิ่มอัตราทดให้มากขึ้น นั่นคือ ขณะที่ขาเราหมุนด้วยรอบเท่าเดิม ล้อหลังจะต้องหมุนด้วยรอบที่สูงขึ้นเพื่อความเร็วที่มากขึ้น โดย 1. จานหน้าจะต้องปรับให้เป็นจานใหญ่ขึ้น (รถจักรยานเสือหมอบ ส่วนใหญ่จะมีจานหน้า 2 ใบ และรถจักรยานเสือภูเขา มี 3 ใบ โดยเสือภูเขาจะมีจานใบเล็กกว่า เพื่อเน้นการไต่ขึ้นทางชัน) 2. เกียร์ จะต้องเปลี่ยนให้มีขนาดเล็กลง (รถจักรยานเสือหมอบทั่วๆ ไป มีเกียร์ด้านหลัง 10 ขนาด และเมื่อรวมกับจานหน้าที่มี 2 ขนาด จึงทำให้มีอัตราทดต่างกันถึง 20 จังหวะ) ทั้งหมดนี้เพื่อให้รอบหมุนของล้อสูงขึ้นและมีความเร็วมากขึ้น ในขณะที่รอบหมุนของขายังคงเท่าเดิม   แนวคิดจากรถจักรยานนี้ ทำให้เราเห็นภาพการทำงานของเกียร์ซีวีทีได้อย่างชัดเจน นั่นคือ เครื่องยนต์ทำงานเหมือนกับรอบหมุนของขามนุษย์ โดยจะมีรอบหมุนอยู่จุดหนึ่งที่มีความสมดุลดี ไม่เหนื่อยเกินไป นั่นคือ รอบหมุนที่อยู่ในจุดที่ให้แรงบิดสูงสุด โดยเกียร์ซีวีทีจะปรับอัตราทดให้เหมาะสมกับรอบเครื่องยนต์นั้นไปเรื่อยๆ ช่วงความเร็วต่ำ พูลเลย์ตัวขับจะถ่างออก ทำให้จุดที่สายพานสัมผัสมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่เล็ก ส่วนพูลเลย์ตัวตาม จะบีบชิดเข้าหากัน ทำให้เกิดวงรอบที่สายพานสัมผัสมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่ เหมือนกับสิ่งที่เราเห็นได้ในการขี่รถจักรยานในความเร็วต่ำ และช่วงความเร็วสูงก็จะทำงานกลับกัน โดยพูลเลย์ตัวขับจะชิดเข้าหากัน ทำให้จุดที่สายพานสัมผัสมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่ใหญ่ ส่วนพูลเลย์ตัวตาม จะถ่างออกจากกันก่อให้เกิดวงรอบที่สายพานสัมผัสมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเล็ก เหมือนกับเวลาขี่รถจักรยานในความเร็วสูง   แม้จะมีแนวคิดที่ดี แต่ประสบการณ์ที่ได้จากเกียร์ซีวีทียุคแรกๆ นั้น เป็นสิ่งที่คนไม่คุ้นเคย และแตกต่างจากรถเกียร์อัตโนมัติโดยทั่วไป   แม้เกียร์อัตโนมัติทั่วไปในเวลานั้นจะมีเพียง 4 จังหวะ และมีประสิทธิภาพที่ไม่ดีนัก โดยเฉพาะเรื่องอัตราทดที่ขาดความต่อเนื่อง แต่ด้วยความเคยชิน คนส่วนใหญ่จะรู้สึกว่า การรับรู้ถึงจังหวะการเปลี่ยนเกียร์ของเกียร์อัตโนมัติทั่วไป ที่รอบเครื่องยนต์ค่อยๆ ไต่ขึ้น และเปลี่ยนเป็นเกียร์สูงขึ้น เมื่อรอบเครื่องยนต์ใกล้จะถึงขีดแดงนั้น ขับสนุกกว่าประสบการณ์แบบ “ทื่อๆ” ที่ได้จากเกียร์ซีวีทีในยุคแรก   วิศวกรผู้พัฒนาระบบเกียร์ ได้เรียนรู้ความต้องการของผู้ใช้ และได้ออกแบบ “พโรแกรม” เกียร์ที่สามารถลบล้างปัญหาเรื่องจังหวะการเปลี่ยนเกียร์เมื่อมีการเร่งเครื่องยนต์อย่างรวดเร็วได้ โดยเกียร์ซีวีที รุ่นหลังๆ นั้นสามารถจำลองความรู้สึกของ “รอยต่อ” การเปลี่ยนอัตราทดเกียร์ให้เหมือนกับเกียร์อัตโนมัติแบบทั่วไป แต่หากวิ่งแบบนุ่มนวลก็จะทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ไร้รอยต่อเหมือนปกติของเกียร์ซีวีที ทำให้รถยนต์รุ่นหลังๆ มานี้ ค่อนข้างจะแยกได้ยากว่า คันไหนเป็นเกียร์ซีวีที คันไหนเป็นเกียร์อัตโนมัติปกติ   ถึงอย่างไร ระบบสายพานของเกียร์ซีวีทีก็ ยังมีจุดด้อยอยู่ นั่นคือ เรื่องการออกตัวจากจุดหยุดนิ่งที่ฉับพลัน รวมไปถึงการฉุดลากในรถที่ต้องมีการลากจูงของหนัก เนื่องจากการออกตัวอย่างรวดเร็ว หรือการลากจูง จะทำให้เกิดการ “ลื่นไถล” ของสายพาน

• เกียร์ซีวีที ที่มีชื่อว่า “ไดเรคท์ ชิฟท์-ซีวีที” (DIRECT SHIFT-CVT) ที่พัฒนาโดย โตโยตา

  แต่ในที่สุด ก็มีผู้คิดค้นนวัตกรรมใหม่เพื่อแก้ปัญหาการลื่นไถลของสายพานที่เกียร์ต่ำ นั่นคือ เกียร์ซีวีที ที่มีชื่อว่า “ไดเรคท์ ชิฟท์-ซีวีที” (DIRECT SHIFT-CVT) ที่พัฒนาโดย โตโยตา ออกแบบให้มีชุดเฟืองเกียร์ สำหรับการออกตัวโดยเฉพาะ เรียกว่า “เกียร์ออกตัว” (LAUNCH GEAR) แทนที่จะถ่ายกำลังด้วยสายพานแบบเกียร์ซีวีทีปกติ เกียร์รุ่นใหม่นี้จะส่งกำลังผ่านเฟืองเกียร์ที่ “เฟืองขบกัน” โดยตรงแทน จึงเป็นที่มาของชื่อ “ไดเรคท์ชิฟท์” นั่นเอง   ในช่วงออกตัวระบบจะสั่งงานให้เป็นการถ่ายทอดกำลัง ผ่านเกียร์ที่ขบกันโดยตรงเหมือนในรถเกียร์ธรรมดา แต่เมื่อรถยนต์มีความเร็วเพิ่มขึ้นก็จะตัดการทำงานของเฟืองเกียร์ ส่งให้กับชุดเกียร์สายพานตามปกติ ด้วยแนวคิดผสมผสานนี้ โตโยตา เคลมว่าสามารถขยายช่วงอัตราทดให้กว้างขึ้นกว่าเดิม ช่วยให้การออกตัว และออกแรงฉุดลากได้ดีขึ้น รวมถึงยังช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้อีก 6 %   นอกจากนั้น การออกแบบชุดเกียร์ ได-เรคท์ ชิฟท์-ซีวีที ที่ตัดภาระของการฉุดลากที่ความเร็วต่ำออกไปจากชุดสายพาน ส่งผลให้สามารถลดขนาดของพูลเลย์ลงได้ โดยวิศวกรผู้ออกแบบได้เปลี่ยนมุมสัมผัสสายพานกับ พูลเลย์ให้แคบลง จากเดิม 11 เป็น 9 องศา ทำให้พูลเลย์มีขนาดแบนกว่าเดิม ส่งผลให้ระบบมีน้ำหนักเบาลง และเมื่อมีน้ำหนักเบาลง ก็สามารถลดแรงเฉื่อยในระบบเกียร์ลงได้ถึง 40 % ทำให้เปลี่ยนอัตราทดได้เร็วขึ้นถึง 20 % ช่วยให้ขับสนุกมากขึ้น  

• ชุดเกียร์ ไดเรคท์ ชิฟท์-ซีวีที ออกแบบมาสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน บลอคใหม่ ความจุ 2.0 ลิตร ในชื่อ ไดนามิค ฟอร์ศ (DYNAMIC FORCE) และ รุ่น 2.0 ไดเรคท์อินเจคชัน รวมถึงรุ่น 2.0 ไฮบริด

  ระบบนี้เปิดตัวอย่างเป็นทางการไปเมื่อปลายเดือนกุมภาพันธ์ที่ผ่านมา และเป็นส่วนหนึ่งในโครงการ TNGA (TOYOTA NEW GLOBAL ARCHITECTURE) หรือสถาปัตยกรรมยานยนต์ที่จะใช้กับรถ โตโยตา ทั่วโลก โดยชุดเกียร์นี้ออกแบบมาสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน บลอคใหม่ ความจุ 2.0 ลิตร ในชื่อ ไดนามิค ฟอร์ศ (DYNAMIC FORCE) และ รุ่น 2.0 ไดเรคท์อินเจคชัน รวมถึงรุ่น 2.0 ไฮบริด จึงเชื่อได้ว่า น่าจะติดตั้งในรุ่น แคมรี ใหม่ ที่กำลังจะออกเร็วๆ นี้