เกียร์อัตโนมัติ ความเหมือนที่แตกต่าง

เกียร์อัตโนมัติ ความเหมือนที่แตกต่าง

เกียร์อัตโนมัติ ความเหมือนที่แตกต่าง

May 27, 2015

รถยนต์หนึ่งคัน มีชิ้นส่วนมากมายนับพันชิ้น โดยมีเครื่องยนต์เป็นต้นกำลัง แต่หากปราศจากระบบส่งกำลัง หรือที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า ทรานส์มิชชัน (TRANSMISSION) หรือเรียกกันแบบไทยๆ ว่า "เกียร์" กำลังที่ส่งออกจากเครื่องยนต์ก็จะไม่สามารถส่งไปยังล้อได้อย่างมีประสิทธิภาพ และระบบเกียร์นั่นเอง ยังมีหน้าที่ในการปรับอัตราทดให้เหมาะสมกับความเร็ว และกำลังในการฉุดลาก

แม้จะเป็นที่ยอมรับกันว่าระบบเกียร์ “ธรรมดา” ที่เปลี่ยนอัตราทดด้วยมือ และเท้าของเราเองนั้น เป็นระบบที่ทนทาน ประหยัด และถ่ายทอดกำลังได้ดี มีการสูญเสียกำลังในระบบน้อย แต่ในปัจจุบันความนิยมของเกียร์ธรรมดากลับลดลง สัดส่วนของผู้ใช้รถเกียร์ธรรมดาน้อยลงเรื่อยๆ ยังคงเหลือแต่ในยุโรปเท่านั้น ที่ยังเชื่อมั่นในระบบนี้อยู่ ส่วนในบ้านเรานั้นรถยนต์ส่วนใหญ่หันมาใช้เกียร์แบบเปลี่ยนอัตราทดได้เอง หรือที่เราเรียกกันว่า เกียร์อัตโนมัติ หรือ เกียร์ออโท เนื่องจากความสะดวกสบาย และการจราจรที่ติดขัด

เกียร์อัตโนมัติ มีหลายรูปแบบ แต่ละแบบมีข้อดี ข้อด้อยแตกต่างกันไป ระบบที่เห็นกันหลักๆ มี 3 แนวทาง คือ ระบบเกียร์อัตโนมัติแบบ ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ (TORQUE CONVERTER) ระบบเกียร์แบบคลัทช์คู่ (DUAL CLUTCH TRANSMISSION) และระบบเกียร์แบบอัตราทดต่อเนื่อง หรือที่รู้จักกันว่า CVT (CONTINUOUSLY VARIABLETRANSMISSION)

ระบบแรก เป็นระบบที่ใช้กันมาดั้งเดิม ตั้งแต่ยุคสงครามโลกครั้งที่ 2 นั่นคือ เกียร์อัตโนมัติระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ระบบนี้ใช้ของเหลวในการถ่ายทอดกำลังจากการหมุนของเครื่องยนต์ และยังใช้เพิ่มแรงให้กับระบบส่งกำลัง และทำหน้าที่แทนระบบคลัทช์ของเกียร์ธรรมดา ในการเชื่อมต่อและแยกระบบเกียร์ออกจากเครื่องยนต์ ทำให้ปัญหาใหญ่หลวงของหลายๆ คนอย่างการออกรถโดยไม่ให้เครื่องยนต์ดับ กลายเป็นเรื่องกล้วยๆ

ระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ใช้กังหันในการส่งแรงผลักผ่านของเหลว ทำให้ไม่มีการเชื่อมต่อด้วยระบบกลไก เหมือนอย่างคลัทช์ของระบบเกียร์ธรรมดา รูปร่างของกลไกระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ดูภายนอกนั้นเหมือนกับฟักทอง แต่หากเปิดออกดูจะพบว่า ภายในของลูกฟักทองนั้นมีครีบเล็กๆ เรียงราย ทำหน้าที่เป็นกังหัน ซึ่งหลายๆ คนมองว่าหน้าตามันช่างเหมือนกับเครื่องเจทเสียจริงๆ

การที่จะเอาชนะแรงเฉื่อยของรถยนต์ขณะออกตัวและของระบบได้ เราจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่จะเพิ่มแรงบิดของน้ำมันเกียร์ นั่นคือหน้าที่ของ สเตเตอร์ ซึ่งทำงานโดยการเปลี่ยนทิศทางของของน้ำมันเกียร์และเป็นการเพิ่มแรงบิดไปในตัว ทำให้เราออกตัวได้เต็มแรง ใกล้เคียงกับระบบคลัทช์ของเกียร์ธรรมดา แต่สเตเตอร์นั้นทำงานในขณะออกตัวเท่านั้น โดยเมื่อรถเริ่มเคลื่อนออกไปแล้วนั้น ความเร็วรอบการหมุนของเทอร์ไบน์ก็จะสูงขึ้น จนทัดเทียมกับของ ปั๊มอิมเพลเลอร์ และเมื่อใช้ความเร็วคงที่ ระบบลอคอัพคลัทช์ก็จะจับให้หมุนด้วยรอบเท่ากันในที่สุด

กำลังที่ผ่านจากทอร์คคอนเวอร์เตอร์จะถูกส่งผ่านไปยังห้องเกียร์ ซึ่งในระบบนี้จะมีเกียร์เป็นจังหวะ ซึ่งในปัจจุบันที่แพร่หลาย คือ 4 เกียร์ และมีมากไปถึง 8 เกียร์ ซึ่งส่วนใหญ่แล้วการเปลี่ยนเกียร์จะอาศัยแรงดันไฮดรอลิคที่ได้รับสัญญาณมาจากคันเร่ง และความเร็วรอบเครื่องยนต์ ส่งสัญญาณมายังระบบไฮดรอลิคที่ได้จากปั๊มที่ต่อตรงมาจากระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์นั่นเอง

ระบบนี้ให้ความเงียบและนุ่มนวลในการใช้งานในระดับที่ดีพอสมควร และในปัจจุบันนี้ก็มีประสิทธิภาพสูงมากขึ้นจากการที่มีจำนวนเกียร์มากขึ้น ซึ่งจะสามารถหาจังหวะเกียร์ที่เหมาะสมได้ดีกว่าในอดีต แต่ในความนุ่มนวลนั้นยังสามารถรู้สึกถึงรอยต่อของเกียร์ในแต่ละจังหวะได้ และยังขาดความรู้สึกของความฉับพลัน เด็ดขาด (DIRECTNESS) เหมือนที่ได้รับจากระบบเกียร์ธรรมดาที่ใช้การขบกันของเฟืองเกียร์โดยตรง ถึงแม้จะมีการพัฒนาให้มีเกียร์ที่สามารถสั่งงานได้โดยคนขับโดยตรง ก็ยังไม่สามารถให้ความรู้สึกที่ได้ดั่งใจ นั่นก็คือที่มาของเกียร์แบบใหม่อีก 2 แบบ นั่นก็คือ ระบบเกียร์อัตโนมัติอัตราทดต่อเนื่อง (ซีวีที) และระบบเกียร์อัตโนมัติแบบคลัทช์คู่

ระบบเกียร์อัตราทดต่อเนื่อง หรือจะขอเรียกว่า ซีวีที นั้นมีข้อดีหลายประการ จากการใช้แนวคิดที่อาจจะอธิบายได้ง่ายๆ ว่า เป็น ชุดพูลเลย์ทรงกรวย (CONICAL PULLEY) หันหน้าสวนทางกัน และบีบเข้าหากันได้ 2 ชุด พูลเลย์คู่แรกส่งกำลังจากเครื่องยนต์ ส่วนพูลเลย์คู่ที่ 2 นั้นส่งกำลังไปยังล้อ โดยกรวยทั้งสองเชื่อมต่อกันด้วยสายพานหรือโซ่ ซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนอัตราทดได้อย่างต่อเนื่องไร้รอยต่อ

ข้อดีของระบบนี้ก็คือ ให้ความประหยัดได้ดี มีความซับซ้อนน้อย ห้องเกียร์มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา เครื่องยนต์สามารถอยู่ในรอบที่ให้แรงบิดเหมาะสมกับความเร็วได้เป็นอย่างดี โดยเมื่อเร่งเครื่องเต็มที่นั้นรอบเครื่องจะขึ้นไปสู่จุดที่ให้แรงม้าและแรงบิดสูง โดยที่ความเร็วจะค่อยๆ ไต่ขึ้นไปเรื่อยๆ ไม่มีการกระตุกเมื่อเปลี่ยนจังหวะเหมือนเกียร์อัตโนมัติแบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ที่คุ้นเคย ระบบเกียร์ ซีวีที ไม่ได้มีเพียงระบบพูลเลย์และสายพานเท่านั้น แต่มีอีกหลายรูปแบบ ภายใต้แนวคิดเดียวกันคือ การถ่ายทอดกำลังผ่านระบบที่เปลี่ยนอัตราทดได้อย่างต่อเนื่องนั่นเอง

ระบบเกียร์ ซีวีที ไม่ได้เพิ่งจะเริ่มมีใช้ แต่มีใช้มานานมากแล้ว โดยอาจจะเรียกได้ว่า แนวคิดนี้เกิดขึ้นตั้งแต่ยุคของ เลโอนาร์โด ดาวินชี ในศตวรรษที่ 15 และมีการจดสิทธิบัตรเพื่อใช้กับรถยนต์มาตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 เลยก็ว่าได้ ระบบนี้มีแพร่หลายในรถทแรคเตอร์ สโนว์โมบิล เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในเครื่องบิน หรือแม้กระทั่งในรถแข่งสูตร 1 ในอดีต ด้วยประสิทธิภาพและความเรียบง่าย ทำให้ได้รับความนิยมในรถหลายต่อหลายรุ่นในปัจจุบัน (ส่วนใหญ่เป็นรถยนต์จากค่ายญี่ปุ่น)

อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริงพบว่า เกียร์อัตโนมัติแบบ ซีวีที ไม่ให้ความรู้สึกของการตอบสนองที่ดีนัก แต่ดูมีความเหมาะสมกับการขับด้วยความเร็วต่อเนื่อง แต่ไม่ใช่การขับแบบสปอร์ทที่คุ้นเคยกับรถแบบเกียร์ธรรมดา แม้ว่าในภาพรวมนั้นอาจจะทำเวลาต่อรอบในสนามทดสอบได้ดี เนื่องจากไม่มีรอยต่อของอัตราทดให้เสียจังหวะ แต่ผู้ขับขี่กลับไม่รู้สึกถึงการถ่ายทอดกำลังที่เป็นธรรมชาติ ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจว่าเหตุใดจึงเหมาะกับคนที่มองหาการขับเคลื่อนที่นุ่มนวล และที่สำคัญก็คือ ตัวของสายพานเองนั้นต้องมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ เพราะต้องทนทั้งการเสียดสี และแรงกดต่อเนื่องตลอดเวลา ซึ่งจะเป็นจุดที่เสียหายได้ง่าย แต่ก็ได้รับการพัฒนาให้มีความทนทานเชื่อถือได้มากแล้ว

การตอบสนองที่กระฉับกระเฉง เป็นจุดเด่นของเกียร์อีกแบบหนึ่ง นั่นคือ เกียร์แบบคลัทช์คู่ หรือที่รู้จักกันในชื่อย่อว่า DCT (DUAL CLUTCHTRANSMISSION) ที่บุกเบิกจนโด่งดัง โดยใช้ชื่อแตกต่างกันไป อาทิ DSG (DIRECT SHIFT GEARBOX) ของค่าย โฟลค์สวาเกน PDK (PORSCHE DOPPELKUPPLUNG) ของค่าย โพร์เช

จริงอยู่ที่คนส่วนใหญ่มองเห็น เกียร์ระบบคลัทช์คู่เป็นเกียร์อัตโนมัติ แต่ตามจริงแล้วนั้น ระบบคลัทช์คู่นั้นควรจะเรียกว่าเป็น เกียร์ธรรมดา ที่ใช้คลัทช์ไฟฟ้ามากกว่า

ระบบนี้แตกต่างจากระบบเกียร์กึ่งอัตโนมัติที่ใช้คลัทช์ไฟฟ้า หรือที่รู้จักกันในชื่อของ เกียร์ SMG (SEQUENTIAL MANUAL GEARBOX) ที่นิยมใช้ในรถสปอร์ทและรถแข่งมากพอสมควร เพราะในระบบเกียร์ SMG นั้น ในการเปลี่ยนเกียร์จะพบว่ามีการกระตุกในระบบอันเกิดจากการจับและปล่อยของคลัทช์ ที่ไม่นุ่มนวลเหมือนการทำงานด้วยเท้า แต่สิ่งที่ได้มาก็คือ ความเร็ว ซึ่งในระบบคลัทช์คู่นั้น ก็ใช้แนวคิดเดียวกัน แต่มีการใช้คลัทช์ 2 ชุด ชุดหนึ่งควบคุมการทำงานของเกียร์คี่ ส่วนอีกชุดนั้นทำงานกับเกียร์คู่ โดยในการทำงานนั้นชุดคลัทช์จะมีการจับรอล่วงหน้าอยู่แล้ว ทำให้เมื่อชุดคลัทช์ของเกียร์คี่ปล่อย กำลังเครื่องยนต์ก็จะไปสู่ชุด ของเกียร์คู่ทันที ทำให้แทบไม่มีรอยต่อด้านจังหวะเลยก็ว่าได้ ทำให้เป็นที่ถูกอกถูกใจของคนชอบการขับขี่ เพราะระบบคลัชท์คู่นั้นให้การตอบสนองที่เฉียบคม มีการเปลี่ยนอัตราทดได้ฉับไว

อาจมีข้อเสียในด้านความนุ่มนวลอยู่บ้าง จากการใช้คลัทช์ที่ทำงานด้วยระบบไฮดรอลิคควบคุมด้วยไฟฟ้า แต่ปัจจุบันก็นับว่าระบบคลัทช์คู่ทำงานได้นุ่มนวล จนแทบไม่แตกต่างจากระบบอื่นๆ และแม้แต่กระทั่งจักรยานยนต์ก็ยังนำไปใช้เช่นกัน

จะเห็นได้ว่า เกียร์อัตโนมัติ ทั้ง 3 ระบบ ต่างมีข้อดีและข้อด้อย และแต่ละระบบก็มีแฟนคลับของตัวเอง ส่วนแบบไหนจะดีที่สุด คงไม่มีใครตอบได้นอกจากตัวคุณ แต่ถ้าถามผู้เขียน ก็ยังเชื่อมั่นกับแบบดั้งเดิมอยู่เหมือนเดิมครับ


Credit: ภัทรกิติ์ โกมลกิติ FORMULA MAGAZINE
รูปภาพ: www.trucktrend.com