เกียร์อัตโนมัติ CVT คืออะไร?

Continuously variable transmission หรือ CVT เป็นการส่งผ่านแบบแปรผันอย่างต่อเนื่อง อาจเป็นหนึ่งในคำศัพท์ที่น่ารังเกียจในพจนานุกรมยานยนต์ของคนชอบซิ่ง เกียร์อัตโนมัติ “CVT” กลายเป็นจำเลยของคำย่อที่แปลว่า “ไม่สนุก” และรถยนต์ที่ติดตั้งเกียร์ประเภทนี้จะถูกปฏิเสธโดยผู้ชื่นชอบการขับรถ โดยมีสามแป้นเหยียบแบบฮาร์ดคอร์ (แป้นคันเร่ง คลัตช์ และเบรก) การรังเกียจเกียร์สายพานพูเลย์ CVT เป็นการประเมินที่ยุติธรรมหรือไม่ แท้ที่จริงแล้ว เกียร์อัตโนมัติ CVT สมควรได้รับการยอมรับด้วยความเคารพมากกว่านี้หรือเปล่าลองมาดูกันนะครับ

ปัจจุบัน เกียร์ CVT แพร่หลายไปทั่ว เมื่อถูกผลักไสไปยังรถยนต์ขนาดกะทัดรัดที่ใช้พลังงานต่ำ CVT ได้ค้นพบทางเข้าสู่รถยนต์ซีดานและครอสโอเวอร์/เอสยูวี ขับเคลื่อนสี่ล้อ (Subaru XV / Forester) แม้แต่รถสปอร์ตคอมแพ็คอย่าง Subaru WRX ก็ใช้เกียร์ CVT แปรผันอย่างต่อเนื่องแทนระบบเกียร์อัตโนมัติแบบดั้งเดิม รถยนต์ไฮบริด Toyota Nissan และ Honda พัฒนาเกียร์ที่เรียกกันว่า “e-CVT” ซึ่งเป็นระบบส่งกำลังที่ผสมผสานระบบขับเคลื่อนเครื่องยนต์บวกมอเตอร์ไฟฟ้าในเพลาส่งออกเดียว ด้วยอัตราทดเกียร์ที่แปรผันอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าผู้ที่ชื่นชอบจะชอบหรือไม่ก็ตาม CVT ก็พร้อมอยู่เคียงข้างสำหรับคนที่ไม่ต้องการจ่ายแพง! 

เพื่อทำความเข้าใจว่า CVT กลายเป็นระบบส่งกำลังที่น่าเบื่อได้ยังไร ก่อนอื่น ต้องเข้าใจว่า CVT มีการทำงานที่แตกต่างจากเกียร์อัตโนมัติแบบเดิมๆ ในระบบเกียร์อัตโนมัติแบบฟันเฟืองต่างขนาด จะใช้แรงดันไฮดรอลิกเพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนเกียร์ ส่วนในเกียร์ CVT มีการทำงานที่แตกต่างกันออกไป

เกียร์ CVT-Continuously Variable Transmission บางคนชอบเรียกว่าเกียร์หนังสติ๊ก เพราะข้างในเกียร์ CVT นั้นจะมีลูกถ้วยที่หมุนๆ ไปตามเครื่องหนึ่งลูก และอีกลูกต่อส่งไปทางเพลาขับ แทนที่จะปรับอัตราทดระหว่างฝั่งเครื่องกับฝั่งเพลาด้วยชุดเฟือง ก็ใช้สายพาน CVT (CVT Belt) ซึ่งจริงๆ ทำมาจากโลหะเหล็ก ไม่ใช่ยาง แค่เวลาทำงานมันดูเหมือนยืดหดได้ โดยที่สามารถขยับไปมาบนลูกถ้วยที่มีลักษณะโคนใหญ่แต่ปลายเล็ก การเคลื่อนที่ไปมาของสายพาน CVT สร้างอัตราทดที่แตกต่างระหว่างฝั่งเครื่องยนต์กับฝั่งเพลาขับ (ที่ต่อกับล้อรถ) สิ่งที่ดีของการใช้รูปแบบนี้แทนเฟืองก็คือ มันสามารถเปลี่ยนอัตราทดสูงต่ำได้โดยไม่มีอาการกระตุกให้รู้สึก ไหลลื่น เรียบเนียน ไม่มีอาการกระตุกกระชาก แต่ค่อนข้างน่าเบื่อ

เมื่อตอนที่รถเกียร์ CVT ยุคแรกๆ อย่าง Honda Jazz โฉมแรก หรือ Mitsubishi Lancer Cedia ออกจำหน่าย เวลากดคันเร่งมิด จะเห็นได้ว่ารอบเครื่องจะขึ้นไปคาสูง ไม่ขึ้นแล้วลงแล้วขึ้นใหม่แบบเกียร์อัตโนมัติปกติ ทำให้ขาดความเร้าใจ เวลาใครขับ Jazz ทำท่อดังวิ่งสนามคลองห้า จะนึกว่ามีแข่งเรือยาวชิงแชมป์ หลายคนจึงไม่ชอบเพราะจุดนี้ โดยที่ลืมไปว่า รอบไม่ตก ก็แปลว่าไม่มีการไล่รอบ และสมองกลเกียร์ยังสามารถสั่งให้คารอบไว้ ณ จุดที่มีแรงม้าสูงได้ตามใจมันชอบ

แต่ CVT ไม่ได้เกิดมาเพื่อเป็นเกียร์ซิ่ง จุดประสงค์ของมันจริงๆ ก็คือ เกิดมาเพื่อ

1. ขนาดและมิติที่ออกแบบให้สั้นเล็กลงได้

2. เพื่อความต่อเนื่อง ไม่กระตุกเวลาเปลี่ยนเกียร์

3. เลือกอัตราทดที่เหมาะสมได้อย่างเสรี ทำให้รถเล็ก แรงน้อยๆ สามารถเร่งได้ไวเวลาแซง

4. ประหยัดน้ำมันเวลาขับแบบปกติ

ดังนั้น คุณจึงเห็นเกียร์ CVT ได้ในอีโคคาร์เกือบทั้งหมดยกเว้น Mazda 2 ที่ยังไปต่อกับระบบส่งกำลังอัตโนมัติแบบเฟืองต่างขนาด รวมถึงรถที่ใหญ่ขึ้นมา อย่าง Civic, Altis และ Accord รถ CVT รุ่นหลังๆ มา เวลากดคันเร่งเต็ม จะมีการลากและไล่รอบคล้ายเกียร์ออโต้ปกติ ตรงนั้นเป็นมายาครับ เขาทำเพราะเราบ่นว่าฟีลมันไม่เร้าใจ ก็เลยต้องทำให้มันมีเสียงเครื่องรอบขึ้นๆ ลงๆ บ้าง แต่ไม่ได้ช่วยให้รถไปเร็วขึ้นหรอก

หากฟังดูเป็นแนวคิดง่ายๆ ก็คือ มันเป็นเช่นนั้นจริงๆ CVT มีมาตั้งแต่โลกเริ่มมีรถยนต์ออกวิ่ง Benz Patent Motorwagen นำเสนอ CVT ด้วยสายพานและลูกรอกแบบพื้นฐาน ในปี ค.ศ. 1923 รถยนต์ที่มีระบบเกียร์ CVT คันแรกที่มีจำหน่ายในท้องตลาดมาจากอังกฤษ เกียร์ CVT รุ่นแรกๆ สามารถรองรับกำลังได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ความสำเร็จส่วนใหญ่ของผู้ผลิตเกียร์ CVT อย่าง Clyno มาในรูปแบบของรถจักรยานยนต์ขนาด 2 ถึง 5 แรงม้า น่าเสียดายที่บริษัท Clyno ล้มละลายในช่วงภาวะเศรษฐกิจตกต่ำครั้งใหญ่ ก่อนที่เกียร์ประเภทนี้จะเริ่มได้รับความนิยมและติดตั้งในรถยนต์หลายรุ่น เป็นเชิงอรรถในประวัติศาสตร์ยานยนต์ ในปี 1958 DAF เปิดตัวรถซิตี้คาร์รุ่น 600 ซึ่งมาพร้อมกับระบบเกียร์ CVT ที่เรียกว่า "Variomatic"

Variomatic เป็นเกียร์ CVT พื้นฐานที่รวมอยู่ในเพลาล้อหลัง ใช้รอกขนาดใหญ่และสายพานยางที่ยืดออกไปตามกาลเวลา เครื่องยนต์ DAF ระบายความร้อนด้วยอากาศ ขนาด 22 แรงม้า ความจุ 590cc โชคดีที่มีความเครียดต่ำ ไม่งั้นสายพานจะกระจายบ่อยครั้งอย่างแน่นอน DAF 600 ประสบความสำเร็จอย่างมากในยุโรป ด้วยประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่โดดเด่นและขนาดที่กะทัดรัด DAF ที่มีระบบเกียร์ Variomatic มีวางจำหน่ายช่วงสั้นๆ ในอเมริกาในช่วงทศวรรษที่ 60 หลังจากนั้น รถรุ่นนี้ก็ถูกแบนไม่ให้ขับบนถนนในอเมริกา เนื่องมาจากความแปลกประหลาดของระบบเกียร์ Variomatic นั่นเอง DAF ในยุคแรกๆ DAF 600 ไม่มีเกียร์จอด หรือเกียร์ P มีแต่เกียร์ D เกียร์ N และเกียร์ R เท่านั้น ภาครัฐของอเมริกา ถือว่าเป็นเรื่องที่ไม่มีความปลอดภัย และสั่งหยุดการขาย DAF ทุกคันบนแผ่นดินสหรัฐอเมริกา

(ลักษณะเฉพาะของระบบส่งกำลัง Variomatic อีกอย่างหนึ่งก็คือ เนื่องจากเกียร์ถอยหลังใช้รอกแบบเดียวกับเกียร์ขับเคลื่อนเดินหน้า เจ้า DAF สามารถทำความเร็วสูงสุดได้ประมาณ 125 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ด้วยเกียร์ R แล้ววิ่งถอยหลัง)

หลังจากที่ DAF หายไปจากถนนของอเมริกา ในปี 1989 Subaru Justy ติดตั้งระบบส่งกำลังที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ ซึ่งมีเกียร์ถอยหลังแบบเดิมๆ และมีเกียร์จอด (P) Justy เปิดประตูไปสู่ระบบส่งกำลัง CVT ด้วยการออกแบบที่ได้รับความช่วยเหลือจากคอมพิวเตอร์ และความก้าวหน้าในด้านวัสดุศาสตร์ เกียร์ CVT สามารถรองรับกำลังได้มากขึ้นอย่างมหาศาล โดยไม่ทำให้สายพานเสื่อมสภาพ (CVT สมัยใหม่ใช้สายพานโลหะระหว่างรอก แทนที่จะใช้สายพานยาง ซึ่งช่วยเพิ่มอายุการใช้งานให้ยาวนานขึ้น) ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 Honda Nissan Subaru Toyota ต่างก็สร้างรถยนต์ที่ติดตั้งเกียร์ CVT ออกขาย เหตุผลที่ผู้ผลิตรถยนต์ชื่นชอบระบบเกียร์ CVT โดยเฉพาะในรถยนต์ราคาประหยัด เช่น Subaru Justy 66 แรงม้า เนื่องจากมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยกว่าระบบเกียร์อัตโนมัติแบบเฟืองต่างขนาด เกียร์ CVT ช่วยลดต้นทุนในการผลิต และประหยัดเชื้อเพลิง เนื่องจากอัตราทดเกียร์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง CVT จะทำให้เครื่องยนต์มีรอบที่อยู่ในเกณฑ์ประสิทธิภาพสูงสุดเสมอ ใครก็ตามที่เคยขับรถที่ติดตั้ง CVT คงจะคุ้นเคยกับความรู้สึกนี้

การทำงานของชุดเกียร์ CVT ใช้พูเล่ย์สองชิ้น สายพานลำเลียงหรือ Push Belt ทำจากอัลลอย พูเล่ย์ตัวที่หนึ่งเชื่อมกับ Flywheel อีกด้านหนึ่งของพูเล่ย์เชื่อมกับแกนถ่ายทอดกำลังด้านนอก สายพานจะหมุนวนระหว่างอุปกรณ์ทั้งสองชิ้น ที่ตัว CVT พูเล่ย์จะรับหน้าที่ในการเปลี่ยนอัตราทด เมื่อพูเล่ย์หมุนเร็วขึ้นจะยิ่งหมุนไปใกล้กัน

ชุดส่งกำลังแบบอัตโนมัติ หรือเกียร์ออโต้แบบสายพานพูเลย์มีชื่อเรียกกันว่า Continuously Variable Transmission หรือเรียกย่อๆ ว่าเกียร์ CVT เกิดขึ้นในโลกยนตรกรรมเพื่อตอบสนองความต้องการในด้านการลดขนาดและน้ำหนักของชุดเกียร์ โดยเฉพาะเกียร์ออโตของรถขับเคลื่อนล้อหน้า ซึ่งต้องการพื้นที่ในการติดตั้งไม่มากเท่ากับเกียร์ขับหลัง ความต้องการที่จะทำให้เกียร์มีชิ้นส่วนกลไกน้อยลง มีราคาต่อลูกต่อเกียร์ถูกกว่าเกียร์อัตโนมัติแบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ที่ใช้เฟืองต่างขนาดในการปรับเปลี่ยนอัตราทด

เกียร์ CVT ระบาดไปทั่วราวกับไข้วัดใหญ่สายพันธุ์โหด! เนื่องจากมีต้นทุนในการผลิตไม่แพงมากนัก ในรถยุคใหม่ ไม่ว่าจะเป็น Honda HR-V / Honda New Civic Turbo RS / Nissan Juke / Nissan note /Toyota Yaris / Honda Jazz หรือแม้แต่รถขับเคลื่อน 4 ล้ออย่าง Subaru XV และอีกมากที่นำเอาเกียร์แบบพูเล่ย์สายพาน CVT เข้ามาใช้เป็นระบบส่งกำลัง

ส่วนรถขับหลังหรือขับเคลื่อนสี่ล้อแทบจะไม่พบเห็นว่านำเกียร์แบบพูเล่ย์สายพานมาใช้ (ยกเว้น Subaru XV) ส่วนใหญ่เกียร์ออโต้ในรถขับหลัง หรือเกียร์ออโต้ขับเคลื่อนสี่ล้อ เป็นเกียร์อัตโนมัติแบบฟันเฟืองทอร์คคอนเวอร์เตอร์วางตามยาวขนานไปกับเครื่องยนต์เชื่อมต่อด้วยเพลากลางไปยังเฟืองท้าย

หลักการทำงานของเกียร์สายพาน continuously variable transmission หรือเกียร์ CVT นั้น ใช้การส่งกำลังด้วยสายพานโลหะที่มีความแข็งแรงทนทานเหนียวแน่นเป็นพิเศษ ระหว่างพูเล่ย์สองตัวที่มีขนาดต่างกันแปรผันไปตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์และความเร็วที่แท้จริง ซึ่งใช้หน่วยวัดเป็นไมล์ต่อชั่วโมง หรือกิโลเมตรต่อชั่วโมง การทำงานควบคุมโดยสมองกลไฟฟ้า หรือ ECU

การทำงานของชุดเกียร์ CVT ใช้พูเล่ย์สองชิ้น สายพานลำเลียง หรือ Push Belt ทำจากอัลลอย พูเล่ย์ตัวที่หนึ่งเชื่อมกับ Flywheel อีกด้านหนึ่งของพูเล่ย์เชื่อมกับแกนถ่ายทอดกำลังด้านนอก สายพานจะหมุนวนระหว่างอุปกรณ์ทั้งสองชิ้น ที่ตัว CVT พูเล่ย์จะรับหน้าที่ในการเปลี่ยนอัตราทด เมื่อพูเล่ย์หมุนเร็วขึ้นจะยิ่งหมุนไปใกล้กัน

พูเล่ย์นั้นถูกควบคุมการทำงานด้วยสมองกลไฟฟ้า ECU หากเปรียบการทำงาน พูเล่ย์จะเป็นเหมือนเพลาที่ทำงานควบคู่ไปกับ Sliding Conical Wedges แบบคู่ หรือที่เรียกกันว่า Sheaves ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของพูเล่ย์ยิ่งเล็กทำให้สายพานมีแรงตึงมากยิ่งขึ้น พูเล่ย์จะปรับขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางไปตามความเร็วรอบ

เมื่อขับรถที่ย่านความเร็วต่ำ เส้นผ่าศูนย์กลางของพูเล่ย์จะเล็ก แต่เมื่อรถมีความเร็วสูงขึ้น พูเล่ย์จะปรับเส้นผ่าศูนย์กลางให้มีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างต่อเนื่อง หลักการทำงานของเกียร์ CVT จึงช่วยทำให้การขับขี่มีความนุ่มนวลราบเรียบในการทดกำลัง รอบเครื่องยนต์เมื่อเร่งความเร็วอยู่ในลักษณะค่อยเป็นค่อยไป และช่วยทำให้ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง

เกียร์ CVT เมื่อใส่เกียร์เดินหน้าเพื่อออกตัวจะมอบการเคลื่อนตัวที่นิ่มนวลเป็นพิเศษ ส่วนอัตราเร่งนั้นจะดีหรือไม่ขึ้นอยู่กับกำลังของเครื่องยนต์ในรูปแรงบิดกับความรู้สึกของผู้ขับขี่เอง เนื่องจากความเรียบเนียนไหลขึ้นไปเรื่อยๆ ของสปีดความเร็ว ในด้านอัตราเร่งและความรู้สึกจะออกมาในแบบราบเรียบไร้รอยต่อ หรืออาการกระตุก กระชาก

แม้ว่า CVT ในยุคแรกๆ จะสูญเสียประสิทธิภาพบางส่วนไปเนื่องจากการเสียดสีและความร้อนสูง แต่ CVT สมัยใหม่กลับล้ำหน้ากว่ามาก ตามข้อมูลของ Jatco ผู้ผลิตระบบส่งกำลังที่มักเป็นพันธมิตรกับ OEM รายใหญ่ของญี่ปุ่น เกียร์ CVT ล่าสุด บางรุ่นได้ลบล้างอุปสรรคด้านประสิทธิภาพการส่งผ่าน 90% ซึ่งเป็นความสำเร็จที่ถือว่ายากมากสำหรับ CVT" ซึ่งตรงข้ามกับประสิทธิภาพการถ่ายโอนกำลัง 85% ในระบบเกียร์อัตโนมัติแบบเดิม

ตามการออกแบบแล้ว CVT จะรักษาความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่รอบเกือบคงที่ ภายใต้การเร่งความเร็ว แม้ว่าในทางเทคนิคจะมีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ก็ทำให้เกิดเสียงเครื่องยนต์ดังขึ้น และไม่ค่อยจะมีความรู้สึกเกี่ยวกับความเร็วบางส่วนที่เกิดจากการเปลี่ยนเกียร์ สิ่งนี้ทำให้รถมีความเร้าใจในการขับน้อยลง ผู้ผลิตบางรายตั้งโปรแกรม CVT ให้มี "จุดเปลี่ยน" แทนที่จะเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางสัมพัทธ์ของเพลาอินพุตและเอาต์พุตอย่างราบรื่น เพื่อให้ได้กำลังหรือประสิทธิภาพสูงสุด เส้นผ่านศูนย์กลางจะคงที่ จากนั้นจึงเปลี่ยนพร้อมกันเพื่อลดรอบเครื่องยนต์

จุดอ่อนของเกียร์ CVT คือ ไม่ชอบการกระทำรุนแรง เพราะรถขับเคลื่อนไปด้วยสายพานเหล็กที่คล้องลูกถ้วยในเกียร์อยู่ รถบรรทุกหนัก รถแรงบิดสูง หรือซุปเปอร์คาร์ ไม่มีแม้แต่คันเดียวที่ใช้เกียร์ CVT เพราะสายพานน่าจะขาด

รถหรูหราราคาแพงอย่าง Lexus LC 500h Multi Stage Hybrid System ที่ผสมผสานพลังงานไฟฟ้าและเครื่องยนต์เบนซิน V6 เข้าไว้ในกระปุกเกียร์ e-CVT ถือเป็นระบบที่แตกต่างไปจาก CVT แบบเดิมอย่างสิ้นเชิง แทนที่จะใช้ระบบกรวยและสายพาน เกียร์ e-CVT ใน LC500h ใช้ชุดเกียร์ planetary gear set ที่รวมกำลังเครื่องยนต์เข้ากับมอเตอร์ไฟฟ้า เป็นข้อมูลเฉพาะมีความซับซ้อน สิ่งสำคัญก็คือ ระบบการทำงานมีความคล้ายคลึงกับ CVT ทั่วไป โดย e-CVT ช่วยให้เครื่องยนต์ทำงานด้วยรอบเครื่องที่เหมาะสมที่สุด สำหรับส่งถ่ายเอาต์พุตกำลัง ภายใต้ภาระกรรม หรือเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ คุณสามารถเลือกอัตราทดเกียร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพตามต้องการ และการทำงานแบบดั้งเดิมของ CVT ยังคงอยู่

โดยทั่วไป เกียร์ CVT เหมาะกับรถยนต์ที่ไม่มีภาระบรรทุกหนัก รถที่เครื่องยนต์ไม่แรงมากนัก เพราะสามารถช่วยสร้างความต่อเนื่องระหว่างเร่งได้ดี เพียงแต่เมื่ออยู่ในรถที่มีแรงบิดไม่มาก ก็ทำให้ไม่ค่อยจะสนุกกับการขับเท่าที่ควร.

อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/