บทความ

เกียร์อัตราทดแปรผัน


ชื่อที่ใช้เป็นหัวเรื่องยังไม่ครบถ้วนสมบูรณ์ครับ ถ้าจะให้ครบต้องเรียกว่า เกียร์อัตราทดแปรผันต่อเนื่อง หรือในชื่อภาษาอังกฤษว่า “CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION” พวกชอบแย้งยังสามารถแย้งได้นะครับว่าอะไรแปรผัน ? ถ้าจะให้ครบถ้วนน่าจะมีคำว่า RATIO หรืออัตราทดอยู่หน้าคำว่า “TRANSMISSION” ด้วย แต่ฝรั่งต้นคิดเขาละคำนี้ไว้ในฐานที่เข้าใจซึ่งก็สั้นและกระชับดี แต่ก็ยังออกเสียงถึงสิบสองพยางค์ เลยเรียกเฉพาะพยัญชนะหน้าของแต่ละคำคือ CVT ก็เป็นอันรู้กันว่าเป็นเกียร์นี้ละ

เกียร์แบบนี้วิศวกรของโรงงาน DAF ในประเทศเนเธอร์แลนด์ ออกแบบมาใช้กับรถเก๋งขนาดเล็กเมื่อหลายสิบปีก่อน ผมไม่มีเวลาไปหาข้อมูลว่าปีไหนแน่ แต่ผู้ที่คิดค้นระบบถ่ายทอดกำลังแบบแปรผันอัตราทดต่อเนื่องนี้น่าจะใช้กับงานอื่นมาแล้วก่อน DAF จะใช้กับรถยนต์ หลักการทำงานนั้นง่ายมาก แต่ดูเผินๆ แล้วไม่น่าจะรับภาระหนักเช่นเกียร์ของรถไหว นี่คือสาเหตุที่นักประดิษฐ์ของแปลกใหม่ มักไม่ใช่วิศวกร

เพราะวิศวกรทำงานอยู่กับ “ของจริง” เห็นจุดอ่อนและปัญหาต่างๆ ของอุปกรณ์มามากพอเริ่มจะคิดประดิษฐ์อะไร ก็เห็นปัญหาที่จะตามมา และมักจะหมดกำลังใจไปก่อนส่วนนักประดิษฐ์จะอยู่กับความคิดหรือแนวคิดแปลกใหม่แหวกแนว โดยไม่กลัวปัญหา
เพราะยังไม่เคยรู้จักปัญหา เกิดขึ้นหรือ “เห็นแล้ว” ค่อยหาทางแก้ไขทีหลัง

แต่บางรายก็มีสองสิ่งนี้อยู่ในตัวเสร็จสรรพเป็นของแถม เช่น นักประดิษฐ์บางรายมีความถนัดเชิงช่างอยู่ด้วย หรือวิศวกรบางคนก็ชอบคิดประดิษฐ์สิ่งใหม่ๆ ด้วยเหมือนกัน อาจเป็นงานในอาชีพโดยตรง หรือเป็นงานอดิเรกก็ได้

เกียร์ CVT ส่งกำลังผ่านสายพานที่ทำจากเหล็กแผ่นเรียงซ้อนกัน รูปร่างเหมือนกับสายพานหน้าตัดรูปตัว วี (V-BELT) ที่เราใช้กันอยู่ในรถมาหลายสิบปีแล้วนั่นเอง กำลังจากเครื่องยนต์ถูกส่งโดยอาศัยแรงเสียดทานด้านข้างของสายพานเหล็กทั้งสองข้าง โดยใช้จานทรงกรวยอัดประกับสายพาน ถ้าจานทรงกรวยปากอ้าห่างจากกัน สายพานก็จะจมลงไปลึก ถ้าจานชิดกัน ก็จะรีดสายพานออกมาอยู่ในขอบนอก เป็นวิธีปรับรัศมีหรือเส้นผ่านศูนย์กลางได้อย่างละเอียดต่อเนื่อง ทรงกรวยคู่ที่รับกำลังจากเครื่องยนต์ จะถูกควบคุมระยะหรือรัศมีของสายพาน ด้วยระบบไฮดรอลิคส์ผสมอีเลคทรอนิคส์ ตามความเร็วของรถและความลึกของคันเร่งที่เราเหยียบ ส่วนอีกฝั่งที่รับกำลังไปหมุนเพลาขับ ก็เป็นจานทรงกรวยแบบเดียวกัน ถูกอัดเข้าหากันตลอดเวลาด้วยแรงของสปริง

วิธีนี้ทำให้สายพานตึงอยู่ตลอดเวลา ตอนออกรถ จานด้านขับจะแยกห่างจากกัน เพื่อให้ตัวขับมีรัศมีน้อย จานทรงกรวยคู่ที่ถูกขับ จะบีบรีดสายพานให้อยู่ที่ขอบนอกของจาน เปรียบได้กับการใช้ฟันเฟืองตัวขับขนาดเล็กและตัวถูกขับขนาดใหญ่ เครื่องยนต์จะหมุนมากในขณะที่ล้อหมุนน้อย อัตราทดในช่วงนี้จึงเปรียบได้กับเกียร์หนึ่ง เมื่อความเร็วของรถเพิ่มขึ้น เราต้องการอัตราทดที่ต่ำลง
ระบบควบคุมจะอัดจานทรงกรวยตัวขับให้ชิดกันกว่าเดิม สายพานจะถูกดันเพิ่มรัศมีออกห่างจากจุดศูนย์กลาง ซึ่งจะต้องใช้ความยาวของสายพานเพิ่มขึ้น สายพานจึงอัดจานทรงกรวยตัวตามหรือตัวถูกขับ ให้อ้าห่างกว่าเดิม พร้อมกับที่สายพาน “จม” ลึกลงกว่าเดิม และที่ความเร็วระดับหนึ่ง ซึ่งเหมาะแก่การใช้อัตราทดสูงสุด เพื่อประหยัดเชื้อเพลิง เช่น ที่ความเร็ว 70 กม./ชม. ระบบควบคุมจะบีบจานทรงกรวยด้านขับให้ชิดกันที่สุด เพื่อบีบรัดสายพานให้มาอยู่ที่ขอบนอก ในขณะที่กรวยด้านถูกขับ ก็ถูกสายพานรั้งให้อ้าห่างจากกันมากที่สุด ถ้าเทียบกับเกียร์ธรรมดา ก็คืออัตราทดของเกียร์สุดท้าย เช่น เกียร์ 5 หรือ เกียร์ 6 นั่นเอง

สายพานเหล็กที่ใช้กับเกียร์แบบนี้ ส่งกำลังด้วยวิธีที่ทุกคนนึกไม่ถึงครับ แทนที่จะส่งแรงดึงผ่านเส้นสายพานฝั่งที่เคลื่อนที่เข้าหาตัวขับ มันกลับทำงานโดยส่งแรงดันไปในด้านที่เคลื่อนที่ออกจากตัวขับจึงไม่ต้องมีข้อต่อแบบโซ่ของจักรยานหรือจักรยานยนต์ แต่ใช้เหล็กแผ่น ที่ผ่านการอบชุบเพิ่มความแข็งของผิว เพื่อต้านการสึกหรอด้านข้าง ซึ่งก็คือสันของแต่ละแผ่นนั่นเอง แต่ถึงอย่างไรก็ยังต้องมีโครงสร้างที่รับแรงดึงได้ เพราะสายพานจะทำงานได้ ก็ต่อเมื่อถูกขึงให้ตึง จึงต้องใช้สารสังเคราะห์ เป็นแถบยึดแผ่นเหล็กเหล่านี้ไว้ให้เรียงตัวกันเป็นแถว

พูดง่ายๆ ก็คือ ถ้าเป็นแรงดัน ให้แผ่นเหล็กรับ ถ้าเป็นแรงดึงก็ใช้แถบสารสังเคราะห์นี้รับครับเพื่อป้องกันความสึกหรอ ทั้งสายพานเหล็กและจานทรงกรวยจะถูกหล่อลื่นด้วยน้ำมันเกียร์ตลอดเวลาที่ทำงาน ถ้าเป็นเกียร์รุ่นที่ทันสมัย ออกรถได้นุ่มนวล ผู้ผลิตจะใช้ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ หรือ “คลัทช์น้ำมัน” แบบเดียวกับที่ใช้ในเกียร์อัตโนมัติแบบดั้งเดิม คั่นไว้ระหว่างเครื่องยนต์และเกียร์
เมื่อรถมีความเร็วพอสมควร ระบบควบคุมจะส่งกำลังของเครื่องยนต์ไปยังจานทรงกรวยตัวขับ
โดยไม่ต่องผ่านทอร์คคอนเวอร์เตอร์ให้สูญเสียพลังงาน

เนื่องจากเราสามารถปรับระยะห่างของจานทรงกรวยได้ตามใจชอบอัตราทดของเกียร์แบบนี้จึงไม่ขึ้นอยู่กับชุดของฟันเฟืองเหมือนกับเกียร์อัตโนมัติแบบอื่น หมายความว่า แทนที่จะมีจำนวน 5 หรือ 6 หรือ 7 เกียร์ CVT นี้จึงเป็นเกียร์อัตโนมัติที่มีจำนวนเกียร์นับไม่ถ้วนซึ่งเป็นความใฝ่ฝันของวิศวกรรถยนต์มานานแล้ว ถ้ามีข้อมูลที่ดีจากการทดสอบ และมีการโพรแกรมให้ละเอียดเพียงพอ สัมพันธ์กับการถูกใช้งานในสภาวะต่างๆ เกียร์แบบนี้จะเป็นเกียร์ในอุดมคติ ไม่ว่าจะโดยเน้นสมรรถนะหรือเน้นความประหยัดเชื้อเพลิง ลองนึกภาพรถเกียร์อัตโนมัติแบบดั้งเดิม ที่เราต้องการขับให้มีอัตราเร่งสูงสุดตั้งแต่จอดอยู่นิ่งดูนะครับ สมมติให้รถนี้ใช้เครื่องยนต์ที่ให้กำลังสูงสุด 150 แรงม้า ที่ 5,800 รตน. เมื่อเราออกรถโดยเหยียบคันเร่งจนยันพื้น ระบบควบคุมจะเลือกเกียร์ 1 ให้ทำงานจนเครื่องยนต์หมุนประมาณ 5,800 รตน. (ไม่จำเป็นต้องตรงกับค่าที่ให้กำลังสูงสุดครับ) แล้วเปลี่ยนไปเกียร์ 2 ความเร็วของเครื่องยนต์อาจลดลงไปอยู่ที่ประมาณ 4,600 รตน. ช่วงนี้เราไม่ได้ใช้กำลังสูงสุดของเครื่องยนต์แล้ว เพราะจำเป็นต้องเปลี่ยนอัตราทด ทำให้เครื่องยนต์หมุนช้ากว่าความเร็วที่ให้กำลังสูงสุด แต่ถ้าเป็นเกียร์แบบ CVT ที่โพรแกรมมาอย่างดีตอนออกรถระบบควบคุมจะเลือกอัตราทดสูงสุด คือ ตัวขับอ้ากว้างสุด อัตราทดอยู่ในระดับเดียวกับเกียร์ 1 ของห้องเกียร์แบบอื่นๆ พอรถทำความเร็วจนเครื่องยนต์ในตัวอย่างหมุนเร็ว 5,800 รตน. ซึ่งให้กำลังสูงสุด ระบบควบคุมก็จะเริ่มเปลี่ยนอัตราทดแบบต่อเนื่องค่อยเป็นค่อยไปโดยปรับจานทรงกรวยตัวขับเข้าหากัน อัตราทดจะลดลงสัมพันธ์กับความเร็วของรถที่เพิ่มขึ้นโดยที่ความเร็วของเครื่องยนต์ยังคงที่อยู่ที่ 5,800 รตน. เพราะผู้ขับเหยียบคันเร่งไว้จนสุดวิธีนี้เราได้ใช้กำลังสูงสุดของเครื่องยนต์ตลอดเวลาครับ เป็นการเลือกอัตราทดได้เหมาะสมสุดยอดในอุดมคติตามทฤษฎี

คราวนี้มาดูการทำงานของเกียร์ CVT เมื่อเราต้องการขับแบบประหยัดเชื้อเพลิงบ้างเมื่อเราเหยียบคันเร่งไม่ลึกนักขณะออกรถและรักษาระยะที่เหยียบไว้ ช่วงแรกเครื่องยนต์จะส่งกำลังผ่านทอร์คคอนเวอร์เตอร์ พอล้อรถหมุนเร็วพอสมควร และไม่ต้องการความช่วยเหลือจากทอร์คคอนเวอร์เตอร์แล้วระบบต่อตรงส่งกำลังจากเครื่องยนต์ไปยังจานทรงกรวยตัวขับก็จะทำงาน จากนั้นระบบควบคุมจะลดระยะห่างของจานทรงกรวยคู่ที่เป็นตัวขับ เป็นการลดอัตราทดเพิ่อเพิ่มความเร็วรถ โดยที่ความเร็วของเครื่องยนต์ค่อนข้างคงที่ ยกตัวอย่างเช่น ประมาณ 1,800 รตน.ความเร็วของรถจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนเดียวกับที่อัตราทดของเกียร์ลดลงจนได้ความเร็วประมาณ 60-70 กม./ชม. ซึ่งเป็นความเร็วสูงสุดของการเหยียบคันเร่ง เท่านี้ของเรา เยี่ยมไหมครับ ?

มีของดีจริง แต่ลูกค้าไม่สามารถเข้าใจเหตุผลได้ ก็กลายเป็นปัญหาใหญ่ได้เหมือนกันลูกค้าที่ขับรถใช้เกียร์ CVT ที่มีโพรแกรมเลือกอัตราทดดีเยี่ยมในอุดมคติเหมือนในตัวอย่างทั้งสองนี้บอกว่าขับแล้วรู้สึกเหมือนขับรถที่เกียร์ หรือระบบขับเคลื่อน “มีปัญหา” ไม่ให้ความรู้สึกที่ดีเลยโดยเฉพาะตอนที่ขับด้วยความเร็วคงที่แล้วกดคันเร่งเพิ่ม เกียร์จะเลือกอัตราทดที่เหมาะทำให้ความเร็วเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นทันที แต่ความเร็วรถยังเท่าเดิม ให้ความรู้สึกเหมือนรถคลัทช์ลื่น

ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะ เราเคยชินกันมาตั้งแต่หัดขับรถ บางคนก็หลายปี บางคนก็หลายสิบปีว่าเสียงเครื่องยนต์และเข็มวัดความเร็วของเครื่องยนต์ มันจะเปลี่ยนไปพร้อมกับความเร็วของรถเสมอนั่นเอง ไม่มีทางที่จะทำให้ลูกค้าส่วนใหญ่เข้าใจหลักการทำงานและประโยชน์ของเกียร์แบบนี้ได้แน่ เดี๋ยวลูกค้าจะหลุดลอยไปอยู่ในมือคู่แข่ง ที่ไม่ใช้เกียร์แบบนี้และคอยโจมตีอยู่แล้วก็เลยต้องให้วิศวกรระบบขับเคลื่อน โพรแกรม CVT ให้มีจังหวะเทียมขึ้นมา ให้รู้สึกคล้ายเกียร์อัตโนมัติแบบใช้ฟันเฟือง ซึ่งก็ทำง่ายมากครับ แค่ใช้คอมพิวเตอร์เลือกอัตราทดค่าต่างๆ ตายตัว ให้เหมาะกับความเร็วของรถ และความลึกของคันเร่งที่ถูกเยียบ เช่น ตอนออกรถใช้อัตราทดสูงสุด จากนั้นแทนที่จะค่อยๆ เปลี่ยนอัตราทดต่อเนื่อง ระบบควบคุมก็จะบีบจานทรงกรวยมาที่ระยะหนึ่งอย่างรวดเร็ว เราก็จะได้ “เกียร์ 2 เทียม” แล้วพอทั้งความเร็วของรถและความเร็วของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นมาพอเหมาะระบบก็จะจัดอัตราทดของ “เกียร์ 3 เทียม” ให้อย่างรวดเร็ว ถึงตอนนี้คงหายงงนะครับ ว่ารถราคาไม่แพงบางรุ่น ทำไมถึงมีเกียร์อัตโนมัติที่มีหลายเกียร์นัก เช่น 7 เกียร์ ก็คิดวิธีโพรแกรมง่ายๆ แบบนี้นี่เอง เอาสักติดเกียร์ก็ยังได้ครับ โมด (MODE) สปอร์ท ประหยัด ถนนแห้ง ถนนลื่นให้เลือกมากเท่าใดก็ได้เหมือนกัน ส่วนเกียร์อัตโนมัติแบบใช้ฟันเฟือง และทอร์คคอนเวอร์เตอร์ที่มีจำนวนเกียร์จริง ตอนนี้ค่าสูงสุดอยู่ที่ 7 เกียร์เดินหน้าครับ เป็นของเมร์เซเดส-เบนซ์ เริ่มใช้กับเครื่องยนต์ใหม่ขนาด 3,500 ซีซี เป็นรุ่นแรก น่าจะเป็นจำนวนสูงสุดและเพียงพอแล้ว คือ 6 เกียร์แรก สำหรับการใช้งานทุกสภาวะ ส่วนเกียร์ที่ 7 สำหรับการใช้ความเร็วเครื่องยนต์ต่ำสุดเพื่อประหยัดเชื้อเพลิงและลดเสียงเครื่องยนต์

ผมยังไมมีข้อมูลเพียงพอ เกี่ยวกับความไว้วางใจได้และความทนทาน ของเกียร์อัตโนมัติแบบ CVT นี้คงต้องรอให้รถเหล่านี้ถูกใช้งานไปนานพอก่อน รถที่ใช้เกียร์แบบนี้ในเมืองเรา เท่าที่นึกออก คือ ฮอนดา แจซซ์/ฮอนดา ซีที/มิตซูบิชิ เซดีอา และ มีนี จาก บีเอมดับเบิลยู ครับ



------------------------------
เรื่องโดย : เจษฎา ตัณฑเศรษฐี
นิตยสาร FORMULA ฉบับเดือน เมษายน ปี 2548
คอลัมน์ : รู้ลึกเรื่องรถ
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/HIaBE
อัพเดทล่าสุด
10 Apr 2018

Buyer's Guide | คู่มือซื้อรถ

Model Start Price (THB)
1.
3,299,000
2.
5,399,000
3.
6,799,000
4.
3,249,000
6.
53,500,000
8.
3,600,000
9.
4,539,000
10.
13,339,000
11.
2,999,000
12.
1,749,000
13.
1,800,000
15.
499,000
16.
979,000
17.
990,000
18.
4,090,000
19.
1,699,000
20.
13,500,000
  • MAIN SEARCH
  • EASY SEARCH
Make
Model
Price
Engine
More Option >
วัตถุประสงค์ในการใช้รถ (ประเภทรถ)
งบประมาณ
พฤติกรรมการขับรถ

Follow autoinfo.co.th

บทความที่เกี่ยวข้อง

รู้สักนิด ก่อนจะขับรถ “คลัทช์คู่”
มิติใหม่ของเกียร์สายพาน
กดปุ๊บ มาปั๊บ ?
รอยต่อแห่งยุคสมัย
แรงตก ไม่ต้องตกใจ
แนวคิดที่เปลี่ยนไปของเทคโนโลยียานยนต์