เกียร์อัตโนมัติ ความเหมือนที่แตกต่าง

รถยนต์หนึ่งคัน มีชิ้นส่วนมากมายนับพันชิ้น โดยมีเครื่องยนต์เป็นต้นกำลัง แต่หากปราศจากระบบส่งกำลัง หรือที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า ทรานส์มิสชัน (TRANSMISSION) หรือเรียกกันแบบไทยๆ ว่า "เกียร์" กำลังที่ส่งออกจากเครื่องยนต์ก็จะไม่สามารถส่งไปยังล้อได้อย่างมีประสิทธิภาพ และระบบเกียร์นั่นเอง ยังมีหน้าที่ในการปรับอัตราทดให้เหมาะสมกับความเร็ว และกำลังในการฉุดลาก   แม้จะเป็นที่ยอมรับกันว่าระบบเกียร์ “ธรรมดา” ที่เปลี่ยนอัตราทดด้วยมือ และเท้าของเราเองนั้น เป็นระบบที่ทนทาน ประหยัด และถ่ายทอดกำลังได้ดี มีการสูญเสียกำลังในระบบน้อย แต่ในปัจจุบันความนิยมของเกียร์ธรรมดากลับลดลง สัดส่วนของผู้ใช้รถเกียร์ธรรมดาน้อยลงเรื่อยๆ ยังคงเหลือแต่ในยุโรปเท่านั้น ที่ยังเชื่อมั่นในระบบนี้อยู่ ส่วนในบ้านเรานั้นรถยนต์ส่วนใหญ่หันมาใช้เกียร์แบบเปลี่ยนอัตราทดได้เอง หรือที่เราเรียกกันว่า เกียร์อัตโนมัติ หรือเกียร์ออโท เนื่องจากความสะดวกสบาย และการจราจรที่ติดขัด อาทิ โตโยตา ยารีส ใหม่ ซึ่งเป็นรถราคาย่อมเยา ไม่มีเกียร์ธรรมดาให้เลือกแล้ว ทุกคันติดตั้งเกียร์อัตโนมัติจากโรงงาน แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มของตลาดได้เป็นอย่างดี   เกียร์อัตโนมัติมีหลายรูปแบบ แต่ละแบบมีข้อดี ข้อด้อยแตกต่างกันไป ระบบที่เห็นกันหลักๆ มี 3 แนวทาง คือ ระบบเกียร์อัตโนมัติแบบ ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ (TORQUE CONVERTER) ระบบเกียร์แบบคลัทช์คู่ (DUAL CLUTCH TRANSMISSION) และระบบเกียร์แบบอัตราทดต่อเนื่อง หรือที่รู้จักกันว่า CVT (CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION)     ระบบแรก เป็นระบบที่ใช้กันมาดั้งเดิม ตั้งแต่ยุคสงครามโลกครั้งที่ 2 นั่นคือ เกียร์อัตโนมัติระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ระบบนี้ใช้ของเหลวในการถ่ายทอดกำลังจากการหมุนของเครื่องยนต์ และยังใช้เพิ่มแรงให้กับระบบส่งกำลัง และทำหน้าที่แทนระบบคลัทช์ของเกียร์ธรรมดา ในการเชื่อมต่อและแยกระบบเกียร์ออกจากเครื่องยนต์ ทำให้ปัญหาใหญ่หลวงของหลายๆ คน อย่างการออกรถโดยไม่ให้เครื่องยนต์ดับ กลายเป็นเรื่องกล้วยๆ   ระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ใช้กังหันในการส่งแรงผลักดันผ่านของเหลว ทำให้ไม่มีการเชื่อมต่อด้วยระบบกลไกเหมือนอย่างคลัทช์ของระบบเกียร์ธรรมดา รูปร่างของกลไกระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ดูภายนอกนั้นเหมือนกับฟักทอง แต่หากเปิดออกดูจะพบว่า ภายในของลูกฟักทองนั้นมีครีบเล็กๆ เรียงราย ทำหน้าที่เป็นกังหัน ซึ่งหลายๆ คนมองว่าหน้าตามันช่างเหมือนกับเครื่องเจทเสียจริงๆ   ครีบกังหันที่เรียงรายใช้ส่งกำลังผ่านทางน้ำมันเกียร์อัตโนมัติ (ในอดีตใช้น้ำมันปลาวาฬ) ดังจะเห็นได้ตามรูปว่ากังหันด้านหนึ่งจะติดอยู่กับฝั่งเครื่องยนต์โดยต่อกับเพลาข้อเหวี่ยง เรียกกังหันชุดนั้นว่า ปั๊มอิมเพลเลอร์ (PUMP IMPELLER) กังหันอีกด้านติดอยู่ฝั่งห้องเกียร์ เรียกว่า เทอร์ไบน์ (TURBINE) โดยครีบเทอร์ไบจะหันตรงข้ามกับครีบในฝั่งของปั๊มอิมเพลเลอร์ โดยมีกังหันตัวเล็กอยู่คั่นตรงกลางระหว่างปั๊มอิมเพลเลอร์กับเทอร์ไบน์ เรียกว่าสเตเตอร์ (STATOR)       ท้ายสุดที่ต่อกับด้านท้ายของเทอร์ไบน์ คือ อุปกรณ์ ลอคอัพ คลัทช์ (LOCK UP CLUTCH) ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีในรถรุ่นใหม่ทุกคัน ทำหน้าที่เพื่อให้การถ่ายแรงมีประสิทธิภาพมากที่สุด จะทำการจับให้ส่วนของปั๊มอิมเพลเลอร์ และส่วนของเทอร์ไบน์ หมุนด้วยความเร็วเท่ากันโดยไม่มีการเสียกำลังในระบบ โดยจะทำงานเมื่อใช้เกียร์สูงสุด และด้วยความเร็วคงที่เท่านั้น ลดการสูญเสียกำลังและทำให้ประหยัดเชื้อเพลิง   การทำงานฝั่งปั๊มอิมเพลเลอร์ที่ติดกับฟลายวีลของเครื่องยนต์ จะหมุนตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์ และส่งผ่านแรงไปทางน้ำมันเกียร์อัตโนมัติ และเนื่องจากระหว่างปั๊มอิมเพลเลอร์ และเทอร์ไบน์นั้นไม่มีกลไกเชื่อมเข้าหากัน ทำให้ขณะที่จอดรถนั้นเราสามารถที่จะหยุดการหมุนของฝั่งเทอร์ไบน์ที่ต่อกับห้องเกียร์ได้ โดยที่ฝั่งปั๊มอิมเพลเลอร์ยังคงหมุนต่อเนื่องเหมือนเดิม และเมื่อเราปล่อยเบรค แรงกระทำก็จะสามารถส่งผ่านจากฝั่งปั๊มอิมเพลเลอร์ไปยัง เทอร์ไบน์ได้เช่นเดิม   การที่จะเอาชนะแรงเฉื่อยของรถยนต์ขณะออกตัวและของระบบได้ เราจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่จะเพิ่มแรงบิดของน้ำมันเกียร์ นั่นคือ หน้าที่ของสเตเตอร์ ซึ่งทำงานโดยการเปลี่ยนทิศทางของของน้ำมันเกียร์และเป็นการเพิ่มแรงบิดไปในตัว ทำให้เราออกตัวได้เต็มแรง ใกล้เคียงกับระบบคลัทช์ของเกียร์ธรรมดา แต่สเตเตอร์นั้นทำงานในขณะออกตัวเท่านั้น โดยเมื่อรถเริ่มเคลื่อนออกไปแล้วนั้น ความเร็วรอบการหมุนของเทอร์ไบน์ก็จะสูงขึ้น จนทัดเทียมกับของ ปั๊มอิมเพลเลอร์ และเมื่อใช้ความเร็วคงที่ ระบบลอคอัพคลัทช์ก็จะจับให้หมุนด้วยรอบเท่ากันในที่สุด   กำลังที่ผ่านจากทอร์คคอนเวอร์เตอร์จะถูกส่งผ่านไปยังห้องเกียร์ ซึ่งในระบบนี้จะมีเกียร์เป็นจังหวะ ซึ่งในปัจจุบันที่แพร่หลาย คือ 4 เกียร์ และมีมากไปถึง 8 เกียร์ ซึ่งส่วนใหญ่แล้วการเปลี่ยนเกียร์จะอาศัยแรงดันไฮดรอลิคที่ได้รับสัญญาณมาจากคันเร่ง และความเร็วรอบเครื่องยนต์ ส่งสัญญาณมายังระบบไฮดรอลิคที่ได้จากปั๊มที่ต่อตรงมาจากระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์นั่นเอง   รูปแบบของการจัดเรียงชุดเฟืองของเกียร์อัตโนมัตินี้แตกต่างโดยสิ้นเชิงจากเกียร์ธรรมดา นั่นคือ แทนที่จะมีเฟืองร่วมแกนยาวตลอดเพลาเหมือนเกียร์ธรรมดา แต่ระบบเกียร์อัตโนมัติจะใช้กระบวนเฟืองเกียร์สุริยะ (PLANETARY GEAR) เรียงต่อกันเป็นชุดร่วมกับคลัทช์เปียกแบบวงแหวน และแถบรัดซึ่งทำงานร่วมกับระบบไฮดรอลิค ซึ่งได้กำลังจากการหมุนของระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ซึ่งการใช้ระบบดังกล่าวจึงทำให้ระบบเกียร์อัตโนมัติระบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ทำงานได้นุ่มนวล ไม่มีเสียงของการเปลี่ยนเกียร์ เพราะทั้งหมดเกิดขึ้นภายในกระบวนเฟืองเกียร์สุริยะนั่นเอง หากจะยกตัวอย่าง ก็คือ เกียร์อัตโนมัติของ บีเอมดับเบิลยู ที่ใช้เกียร์ของ เซดเอฟ แบบ 8 จังหวะ ใช้ชุดกระบวนเฟืองเกียร์สุริยะถึง 4 ชุด และมีชุดคลัทช์ถึง 5 ชุด (ออกแบบมาอย่างชาญฉลาด โดยสามารถเปลี่ยนเกียร์ข้ามจากเกียร์ 8 มายังเกียร์ 2 ได้ทันทีเมื่อต้องการ)     ระบบนี้ให้ความเงียบและนุ่มนวลในการใช้งานในระดับที่ดีพอสมควร และในปัจจุบันนี้ก็มีประสิทธิภาพสูงมากขึ้นจากการที่มีจำนวนเกียร์มากขึ้น ซึ่งจะสามารถหาจังหวะเกียร์ที่เหมาะสมได้ดีกว่าในอดีต แต่ในความนุ่มนวลนั้นยังสามารถรู้สึกถึงรอยต่อของเกียร์ในแต่ละจังหวะได้ และยังขาดความรู้สึกของความฉับพลัน เด็ดขาด (DIRECTNESS) เหมือนที่ได้รับจากระบบเกียร์ธรรมดาที่ใช้การขบกันของเฟืองเกียร์โดยตรง ถึงแม้จะมีการพัฒนาให้มีเกียร์ที่สามารถสั่งงานได้โดยคนขับโดยตรง ก็ยังไม่สามารถให้ความรู้สึกที่ได้ดั่งใจ นั่นก็คือ ที่มาของเกียร์แบบใหม่อีก 2 แบบ คือ ระบบเกียร์อัตโนมัติอัตราทดต่อเนื่อง (ซีวีที) และระบบเกียร์อัตโนมัติแบบคลัทช์คู่   ระบบเกียร์อัตราทดต่อเนื่อง หรือจะขอเรียกว่า ซีวีที นั้นมีข้อดีหลายประการ จากการใช้แนวคิดที่อาจจะอธิบายได้ง่ายๆ ว่าเป็นชุดพูลเลย์ทรงกรวย (CONICAL PULLEY) หันหน้าสวนทางกัน และบีบเข้าหากันได้ 2 ชุด พูลเลย์คู่แรกส่งกำลังจากเครื่องยนต์ ส่วนพูลเลย์คู่ที่ 2 นั้นส่งกำลังไปยังล้อ โดยกรวยทั้งสองเชื่อมต่อกันด้วยสายพานหรือโซ่ ซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนอัตราทดได้อย่างต่อเนื่องไร้รอยต่อ   ข้อดีของระบบนี้ คือ ให้ความประหยัดได้ดี มีความซับซ้อนน้อย ห้องเกียร์มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา เครื่องยนต์สามารถอยู่ในรอบที่ให้แรงบิดเหมาะสมกับความเร็วได้เป็นอย่างดี โดยเมื่อเร่งเครื่องเต็มที่นั้นรอบเครื่องจะขึ้นไปสู่จุดที่ให้แรงม้าและแรงบิดสูง โดยที่ความเร็วจะค่อยๆ ไต่ขึ้นไปเรื่อยๆ ไม่มีการกระตุกเมื่อเปลี่ยนจังหวะเหมือนเกียร์อัตโนมัติแบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ที่คุ้นเคย ระบบเกียร์ ซีวีที ไม่ได้มีเพียงระบบพูลเลย์และสายพานเท่านั้น แต่มีอีกหลายรูปแบบ ภายใต้แนวคิดเดียวกัน คือ 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 CLUTCH TRANSMISSION) ที่บุกเบิกจนโด่งดัง โดยใช้ชื่อแตกต่างกันไป อาทิ DSG (DIRECT SHIFT GEARBOX) ของค่าย โฟล์คสวาเกน, PDK (PORSCHE DOPPELKUPPLUNG) ของค่าย โพร์เช   จริงอยู่ที่คนส่วนใหญ่มองเห็นเกียร์ระบบคลัทช์คู่เป็นเกียร์อัตโนมัติ แต่ตามจริงแล้วนั้น ระบบคลัทช์คู่นั้นควรจะเรียกว่าเป็นเกียร์ธรรมดาที่ใช้คลัทช์ไฟฟ้ามากกว่า   ระบบนี้แตกต่างจากระบบเกียร์กึ่งอัตโนมัติที่ใช้คลัทช์ไฟฟ้า หรือที่รู้จักกันในชื่อของเกียร์ SMG (SEQUENTIAL MANUAL GEARBOX) ที่นิยมใช้ในรถสปอร์ทและรถแข่งมากพอสมควร เพราะในระบบเกียร์ SMG นั้น ในการเปลี่ยนเกียร์จะพบว่ามีการกระตุกในระบบอันเกิดจากการจับและปล่อยของคลัทช์ ที่ไม่นุ่มนวลเหมือนการทำงานด้วยเท้า แต่สิ่งที่ได้มาก็คือ ความเร็ว ซึ่งในระบบคลัทช์คู่นั้น ก็ใช้แนวคิดเดียวกัน แต่มีการใช้คลัทช์ 2 ชุด ชุดหนึ่งควบคุมการทำงานของเกียร์คี่ ส่วนอีกชุดนั้นทำงานกับเกียร์คู่ โดยในการทำงานนั้นชุดคลัทช์จะมีการจับรอล่วงหน้าอยู่แล้ว ทำให้เมื่อชุดคลัทช์ของเกียร์คี่ปล่อย กำลังเครื่องยนต์ก็จะไปสู่ชุดของเกียร์คู่ทันที ทำให้แทบไม่มีรอยต่อด้านจังหวะเลยก็ว่าได้ ทำให้เป็นที่ถูกอกถูกใจของคนชอบการขับขี่ เพราะระบบคลัชท์คู่นั้นให้การตอบสนองที่เฉียบคม มีการเปลี่ยนอัตราทดได้ฉับไว   อาจมีข้อเสียในด้านความนุ่มนวลอยู่บ้าง จากการใช้คลัทช์ที่ทำงานด้วยระบบไฮดรอลิคควบคุมด้วยไฟฟ้า แต่ปัจจุบันก็นับว่าระบบคลัทช์คู่ทำงานได้นุ่มนวล จนแทบไม่แตกต่างจากระบบอื่นๆ และแม้แต่กระทั่งจักรยานยนต์ก็ยังนำไปใช้เช่นกัน   จะเห็นได้ว่า เกียร์อัตโนมัติทั้ง 3 ระบบ ต่างมีข้อดีและข้อด้อย และแต่ละระบบก็มีแฟนคลับของตัวเอง ส่วนแบบไหนจะดีที่สุด คงไม่มีใครตอบได้นอกจากตัวคุณ แต่ถ้าถามผู้เขียน ก็ยังเชื่อมั่นกับแบบดั้งเดิมอยู่เหมือนเดิมครับ