CVTคิดค้นโดย ดร.Hub van Doorne และใช้ในปี ค.ศ. 1958 รถยนต์สองจังหวะที่มีใช้ระบบนี้เสียงจะมีความนุ่มนวล CVT เคยมีชื่อเรียกว่า Variomatic และใช้ในโรงงาน DAF Cars Doornes Auto Factory Variomatic ตัวแรกใช้ยางเป็นส่วนประกอบสายพานมีความคงทนน้อยสำหรับเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ หรือรถยนต์แรงบิดสูง จึงทำให้เกิดการพัฒนาสายพานโลหะทำหน้าที่ส่งถ่ายทอดกำลังขับระหว่างพูลเลย์ ( Pulley) เพื่อทำหน้าที่ในการเปลี่ยนอัตราทดเกียร์และส่งแรงขับเคลื่อนแทนการใช้ระบบเฟืองเกียร์แบบเก่า ซึ่งทำให้อัตราทดเกียร์สามารถเปลี่ยนไปอย่างต่อเนื่อง (มากถึง 450 Nm) ตัว pushbelt ในปัจจุบันมีความหลากหลาย โดยเฉพาะการออกแบบให้มีส่วนประกอบของโลหะ พร้อมกับสายพานรัดทั้ง 2 อันไว้ อันหนึ่งเชื่อมกับเครื่องยนต์ อีกอันเชื่อมกับแครงขับเคลื่อน และแต่ละอันจะประกอบไปด้วยแผ่นดิส 2 แผ่นประกบไว้กับสโลป ?เมื่อแผ่นดิสห่างออก ?สายพานจะเข้าใกล้จุดศูนย์กลาง ซึ่งจะมีเส้นผ่าศูนย์กลางน้อยกว่า ต่อเมื่อแผ่นดิสทั้งสองแผ่นถูกดึงเข้าหากัน สายพานก็จะต้องหนีออกมาจากจุดศูนย์กลาง ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่ ผลก็คือ ระบบนี้สามารถปรับเปลี่ยนเฟืองเกียร์ได้ตลอดเวลาและหลากหลายระดับได้ รถยนต์ที่ใช้ CVT ของ Bosch ได้แก่ นิสสัน โตโยต้า มิตซุบิชิ ฮุนได จีป เบนซ์และซูบารุ? ส่วนยี่ฮ้ออื่นเช่น ?JATCO, Fuji Heavy Industries (Subaru) และ Punch. ประเทศญุ่ปุ่นนับเป็นตลาดใหญ่ที่สุดของ pushbelt CVT ?ส่วน Bosch ก็มี CVT Pushbelt? เช่นกัน สนใจค้นได้จากกูเกิล
ผมขอนอกเรื่องเล็กน้อย ในปี ค.ศ. 2005 CVT ย่างเข้าสู่การพัฒนาอย่างจริงจังเมื่อนิสสันได้เปิดตัวโช้คอัพแบบ no shift shock สำหรับรถของนิสสันและรถเอนกประสงค์ซึ่งฟอร์ดได้เปิดตัวในปีก่อนหน้าแต่ไม่ประสบความสำเร็จเพราะมีเสียงดัง เครื่องต้องใช้แรงบิดสูง ดังนั้นนิสสันจึงได้คิดค้น no shift shock ขึ้น CVT ถูกระงับใช้ในการแข่งขัน Formula 1 ในปี ค.ศ. 1994 เนื่องจากทำให้รถมีความเร็วมากกินไป
ง่ายๆ ด้วยพูลเล่ย์เพียงสองชิ้นและสายพาน? ???
CVT ?ใช้พูลเลย์ (PULLEY) สองชิ้น สายพานลำเลียงหรือ push-belt ?อัลลอยด์ พูลเลย์ตัวหนึ่งจะเชื่อมเข้ากับล้อช่วยแรงหรือ flywheel อีกด้านเชื่อมกับแกนถ่ายทอดกำลังด้านนอก สายพานจะหมุนวนระหว่างอุปกรณ์ทั้งสองชิ้น ที่ตัว CVT พูลเลย์จะทำหน้าที่ในการเปลี่ยนอัตราทดเกียร์ คือยิ่งพูลเลย์หมุนเร็ว จะยิ่งหมุนไปใกล้ พูลเลย์ควบคุมด้วย ECU พูลเลย์เองคือเพลาที่ทำงานไปกับ sliding conical wedges คู่ (หรือเรียกว่า sheaves) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของพูลเลย์ยิ่งเล็กยิ่งทำให้สายพานเสียดสีจากแรงดึง โดยพูเลย์จะปรับขนาดเส้นผ้าศูนย์กลางตามความเร็วรอบรถ เมื่อขับรถด้วยความเร็วต่ำ เส้นผ่านศูนย์กลางพูลเลย์จะเล็ก แต่เมื่อความเร็วสูงขึ้น พูลเลย์จะปรับเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่ขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้การขับขี่นุ่มนวลราบเรียบ รอบเครื่องยนต์คงที่ ?ประหยัดน้ำมัน ดังรูป
ภาพด้านบนแสดงภาพจำลองของพูลเลย์ที่ใช้กับระบบ CVT แบบ sliding pulleys?สองตัว และสายพาน ซึ่งเทียบเท่ากับการขับด้วยเกียร์ต่ำ จะส่งให้พูลเลย์หมุนสองหรือสามรอบต่อครั้ง และเทียบกับเกียร์ขนาดเล็กที่ทำงานควบคู่ไปกับขนาดใหญ่ในระบบเกียร์ธรรมดา
ดังภาพแสดงถึงการขับด้วยเกียร์สูง โดยที่ในขณะผู้ขับขี่เริ่มเคลื่อนรถด้วยเกียร์ต่ำ ชุดขับพูลเลย์ส่งกำลังจะมีความกว้างของร่องพูลเลย์ พูลเลย์ขับที่เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กทำให้สายพานขับจะไหลลงไปอยู่กับแกนหมุน ขณะที่ พูลเลย์รับแรงขับจะมีความห่างร่องพูลเลย์น้อย สายพานขับจะถูกบีบให้อยู่ห่างจากแกนหมุน ทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของการหมุนกว้าง ในลักษณะนี้จะเป็นการส่งกำลังในอัตราทดเกียร์สูง เมื่อรถยนต์เคลื่อนตัวด้วยความเร็วเพิ่ม คอมพิวเตอร์ที่ควบคุมการทำงานของเกียร์ จะสั่งการให้ปั๊มน้ำมันแรงดันสูงจ่ายน้ำมันไปที่ห้องไฮดรอลิกข้างชุดพูลเลย์ ปรับเปลี่ยนขนาดของร่องพูลเลย์ โดยปรับให้ร่องของพูลเลย์ส่งกำลังขับเริ่มบีบแคบเข้าเพื่อดันสายพานขับให้เคลื่อนที่ห่างจากแกนหมุนเป็นการเพิ่มความกว้างของเส้นผ่านศูนย์กลางของพูลเลย์ส่งกำลังขับ และในขณะเดียวกันจะลดแรงดันน้ำมัน ทำให้สายพานที่พาดผ่านก็จะเคลื่อนตัวลงเข้าใกล้แกนหมุนมากขึ้น เป็นการลดขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางการหมุนให้เล็กลง ซึ่งเป็นการลดอัตราทดในการขับเคลื่อนให้ลดลง แต่จะเพิ่มความเร็วของรถยนต์เช่นเดียวกับการเปลี่ยนการขับของเฟืองเกียร์ในระบบเกียร์อัตโนมัติทั่วๆ ไป
?วงแหวนหรือ Toroidal CVT ?(ของ Nissan Extroid)
ข้อด้อยของสายพานขับเคลื่อนของระบบ CVT คือ สายพาน หากกชำรุดเสียหายระบบจะใช้การไม่ได้เลย ดังนั้น วงแหวน CVT ?จึงเกิดขึ้นเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว ใช้งานง่ายแต่มีชิ้นส่วนที่มีรูปร่างลาดเอียงน้อยกว่าสายพานขับเคลื่อน วงแหวนนี้มีแกนส่งกำลังและแกนถ่ายทอดกำลังจะติดกับดิสก์โลหะที่หันหน้าชนกัน ตรงกลางมีตัวหมุนซึ่งหมุนได้อิสระที่ในแกน x ทำให้เกิดการเชื่อมต่อกับดิสก์ทั้งสองอัน ตำแหน่งของตัวหมุนถูกควบคุมด้วยไฮโดรลิกและมีจุดหมุนในแกน z รอบๆ จุดศูนย์กลาง ดังนั้นไม่ว่าดิสก์จะหมุนไปในทิศทางใด ตัวหมุนจะไม่มีทางสัมผัสกับดิสก์ เพราะตำแหน่งของการเชื่อมต่อกันนั้นเปลี่ยนแปลงไป ความสัมพันธ์ของการหมุนของแต่ละดิสก์ก็เปลี่ยนไปด้วย
ภาพด้านบนแสดงวงแหวน CVT ?ในเกียร์ต่ำ ด้านซ้ายคือแกนส่งกำลัง เมื่อแกนนี้มีการหมุน ตัวหมุนจะไปเชื่อมกับพื้นผิวของแกน ดังพื้นที่สีแดงที่ผมได้ระบายไว้ ตัวหมุนจะหมุนทั้งคู่ในแกน x จากการที่มีการหมุนของวงแหวนทั้งคู่จึงเกิดการเชื่อมกับดิสก์ด้านนอกจึงมีการหมุนกลับมา บริเวณที่มีการเชื่อมต่อกันบนพื้นผิวจะเกิดวงกลมที่ใหญ่กว่า ดังสีแดง คล้ายกับการใช้เกียร์เล็กที่ผมได้กล่าวไว้ก่อนหน้า กระปุกเกียร์จะทรงประสิทธิภาพเมื่อใช้เกียร์ต่ำ วงแหวน CVT จะเพิ่มความเร็วให้แกนถ่ายทอดกำลัง ตัวหุมนทั้งสองตัวจะหมุนที่จุดหมุนอย่างช้าๆในแกน y ดังนั้น จุดที่มีการเชื่อมต่อที่บริเวณด้านในและด้านนอกของดิสก์จึงมีการเปลี่ยนแปลงอย่างนิ่มนวลโดยไม่สิ้นสุด และมีการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง การทำงานมีประสิทธิภาพก็เพราะรัศมีของทิศทางหมุนของดิสก์ภายในทำให้มีพื้นที่ใหญ่ขึ้นๆ ในขณะที่รัศมีของทิศทางหมุนของดิสก์ภายนอกเล็กลงๆ เรียกได้ว่าเป็นสร้างอัตราทดเกียร์อย่างจำนวนอนันต์ จนกระทั่งเกียร์สูงมาบรรจบกับตัวหมุนที่อยู่ในฝั่งตรงข้าม เทียบเท่ากับการขับเกียร์ใหญ่ กระปุกเกียร์จะทรงประสิทธิภาพเมื่อใช้เกียร์สูง ล่าง
การปรับอัตราทดเกียร์อย่างอนันต์นี้สามารถทำได้กับแรงบิดสูงได้และระบบสามารถทำงานซ้ำๆ ทบๆ กัน ได้ตั้งแต่ต้นจนจบ รถที่ใช้ระบบนี้ คือ JDM นิสสัน ที่ออกมาจากโรงงานผลิต และกระปุกเกียร์ CVT (นึกถึง Skyline 350 GT-8) ภาพสุดท้ายแสดงวงแหวนคู่ของ Nissan Extroid CVT
