Sistem Transmisi: Perbandingan Transmisi Automatik atau Transmisi Bolehubah Berterusan

Oleh : Azhari Shamsudeen
Fakulti Kejuruteraan & Alam Bina, Universiti Kebangsaan Malaysia

Pengenalan

Teknologi gear transmisi kenderaan semakin berkembang pesat dengan pelbagai ciri inovasi untuk memastikan kenderaan dapat bergerak dengan lancar dan meningkatkan kecekapan enjin serta lebih ekonomi. Gear transmisi ini menyediakan penukaran kelajuan dan tork dari sumber kuasa berputar ke peranti lain. Secara khususnya gear transmisi dalam aplikasi automotif adalah kompleks yang memerlukan gear berkenaan untuk memutuskan sambungan kuasa dari enjin ke roda, mengurangkan kelajuan putaran enjin dan mengubah nisbah gear transmisi mengikut keperluan pemandu bagi menyesuaikan daya tork di roda kenderaan. Oleh itu, penghantaran tenaga yang cekap dari enjin ke roda kenderaan merupakan salah satu cabaran yang paling besar yang dihadapi oleh jurutera automotif.

Gear transmisi ini boleh dibahagikan kepada tiga jenis iaitu transmisi manual, transmisi automatik (automatic transmission; AT) dan transmisi bolehubah berterusan (continuously variable transmission; CVT) seperti dalam Rajah 1 dan 2. Kebanyakan transmisi manual dan automatik mempunyai set peralatan gear yang ditetapkan (merujuk kepada kelajuan) bagi mengunci aci keluaran untuk penghantaran kuasa. Sebaliknya, CVT menggunakan tali sawat atau skema penghantaran tork lain untuk membolehkan nisbah gear “tak terhingga” digunakan bukan seperti nisbah gear tetap pada gear transmisi automatik. Melalui kajian, gear transmisi manual atau gear nisbah tetap juga menawarkan kecekapan penghantaran lebih tinggi (94-97%), berbanding dengan CVT (75-95%), namun dengan perkembangan teknologi kini telah merapatkan jurang ini dengan ketara.

Majoriti kenderaan automotif yang dikeluarkan hari ini menggunakan transmisi nisbah tetap (jenis AT), yang mengakibatkan enjin tidak beroperasi pada tahap optimum sepanjang masa, mengurangkan kecekapan bahan api dan meningkatkan pelepasan gas emisi. Sebaliknya, kenderaan yang dilengkapi dengan CVT boleh memberikan prestasi yang lebih baik, penjimatan bahan yang ketara dan pengurangan pelepasan gas emisi, dengan membenarkan enjin kenderaan untuk beroperasi dalam keadaan kecekapan yang tinggi dengan lebih kerap. Namun begitu, kecekapan tenaga transmisi automatik juga telah dipertingkatkan dengan pengenalan kepada penggubah tork-pengunci cekam yang dapat mengurangkan kerugian cairan ketika memasukan gear. Transmisi automatik moden juga meminimumkan penggunaan tenaga dan kerumitan, dengan meminimumkan jumlah peralihan logik yang dilakukan secara hidraulik dan kawalan penghantaran telah dipindahkan secara kawalan berkomputer.

Penggunaan dan penembusan teknologi transmisi CVT ke dalam industri kereta adalah perlahan. Punca utama adalah kerana ia dianggap memberikan berat berlebihan, keupayaan tork terhad dalam keadaan dinamik, memerlukan inersia yang besar terhadap komponen berputar, ketahanan terhad dan kos yang tinggi jika dibandingkan dengan transmisi antomatik atau manual (Kluger dan Fussner, 1997). Namun, sejak tahun-tahun kebelakangan ini, peningkatan penyelidikan dalam reka bentuk bahan dan teknologi dalam CVT semakin ketara, dan ini telah membawa kepada penambahbaikan terhadap ketahanan, kecekapan dan kapasiti tork enjin.

Sejarah & Perkembangan

Transmisi automotik moden awalnya telah dibangunkan pada tahun 1904 oleh Sturtevant brothers of Boston, Massachusetts. Gear ini hanya mempunyai dua kelajuan kedepan dan perubahan nisbah dibawa ke roda tenaga yang dipacu oleh enjin. Perkembangan pembangunan transmisi automatik seterusnya berlaku pada tahun 1908 dengan pengenalan kepada model kenderaan Henry Ford yang dikenali sebagai Model T. Model T ini dilengkapkan dengan dua kelajuan dengan tambahan transmisi mengundur yang dikawal secara manual oleh pemandu menggunakan pedal. Pedal akan menggerakkan sambungan transmisi penghantaran bagi memilih gear yang sesuai untuk melancarkan pergerakan kenderaan.

Kemudian pada tahun 1934, syarikat REO dan General Motors telah membangunkan transmisi semi-automatik yang lebih mudah pengendaliannya berbanding transmisi manual. Namun, transmisi ini masih menggunakan cekam untuk menghubungkan enjin dengan transmisi. Perkembangan transmisi automatik dan teknologi gandingan cecair mula berkembang selepas tahun 1939, dan General Motors Hydra-Matic merupakan pengeluar transmisi automatik yang pertama di dunia. Selepas tahun 1940, pembangunan transmisi automatik semakin pesat dibangunkan oleh beberapa syarikat seperti Oldsmobiles, Cadillacs, Bently dan sebagainya. Selepas tahun 1960, transmisi automatik ditambahbaik menjadi tiga kelajuan dengan penukar tork. Menjelang tahun 1980an, gear automatik ini telah dipertingkatkan dan akhirnya digantikan dengan transmisi yang dilengkapi dengan transmisipacu lebih (overdrive) yang boleh memberikan empat atau lebih kelajuan. Kebanyakan kenderaan juga dilengkapkan dengan penukar tork-terkunci untuk meningkatkan penjimatan bahan api. Kemudian pada tahun 2002, ZF Friedrichshafen dan BMW telah memperkenalkan transmisi dengan enam kelajuan, Mercedes-Benz’s pula dengan transmisi tujuh kelajuan pada tahun 2003, dan seterusnya Toyota dengan lapan kelajuan pada tahun 2007. Lebih banyak pilihan gear bermakna pecutan enjin akan lebih baik, pemanduan lebuh raya yang lebih senyap, dan penggunaan bahan api yang lebih baik.

Konsep transmisi bolehubah berterusan pula telah wujud selama lebih dari satu abad, dengan paten pertama oleh Benz dan Daimler di Eropah pada tahun 1886 berasaskan konsep geseran tali sawat. Kemudian paten seterusnya di Amerika Syarikat bagi CVT toroidal pada tahun 1935. Namun begitu, konsep awal CVT telah diperkenalkan oleh Leonardo Da Vinci dengan variasi tanpa-langkah (step-less variant) pada awal tahun 1490. Kemudian pada tahun 1879, Milton Reeves telah mencipta transmisi kelajuan-bolehubah pertama dan digunakan pada kereta pertama keluarannya pada tahun 1896. Perkembangan teknologi CVT semakin meluas pada awal tahun 1940 an, dan sekitar tahun 1950 an Charles H. Miner telah membangunkan transmisi kelajuan bolehubah puli cekam (variable speed clutch pulley) dan seterusnya dipatenkan di Amerika Syarikat. Perkembangan kemajuan dalam teknologi telah mempertingkatkan reka bentuk dan gear CVT yang digunakan pada enjin automotif apabila syarikat Subaru di Tokyo memperkenalkan CVT versi Justy yang dikawal secara elektronik pada tahun 1987. Tidak lama selepas itu, syarikat-syarikat lain telah mula mengeluarkan pelbagai variasi gear CVT, seperti Ford dan Fiat yang mengeluarkan CVT jenis tali sawatkeluli pada tahun 1987 bagi model kereta Fiesta dan Uno. Kemudian diikuti oleh Nissan pada tahun 1992 dengan pembangunan gear N-CVT berasaskan penukar-tork yang dapat memberikan tork yang lebih tinggi dan lebih berkuasa. Selepas perkembangan berterusan teknologi gear CVT ini, reka bentuk dan peningkatan terhadap bahan yang digunakan menjadikan gear yang dibangunkan hampir mencapai kesempurnaan dan kini ia merupakan pilihan transmisi untuk kebanyakan kenderaan sekarang.

Kelebihan & Kekurangan

Secara umumnya gear AT dan CVT memberikan kelebihan dan kelemahan masing-masing, dan ianya bergantung kepada pilihan atau kehendak pengguna itu sendiri. Mungkin ada yang lebih selesa dengan gear AT sedia ada dan ada juga lebih berminat dengan gear CVT yang lebih lancar. Terdapat beberapa faktor utama yang dipertimbangkan dalam pemilihan gear transmisi enjin, antaranya ialah kelancaran gear, kecekapan/kuasa enjin, penjimatan bahan api, dan kos servis atau alat ganti. Dari segi reka bentuk, gear AT lebih rumit kerana mempunyai hampir seratus komponen yang bergerak berbanding CVT yang lebih ringkas dengan beberapa komponen sahaja.

Kelancaran Pertukaran Gear:
Gear gear CVT dapat memberikan kelancaran pertukaran yang lebih baik berbanding AT kerana ia mengubah nisbah gear secara automatik berkadar dengan peningkatan kelajuan kenderaan, dan pemandu atau penumpang dapat merasakan kelancaran pecutan berkenaan. Untuk transmisi AT, masalah sering berlaku apabila melibatkan beban berat, tetapi perkara ini dapat diatasi dengan gear CVT yang dapat mencari nisbah gear dengan tepat yang diperlukan untuk memberi kuasa dengan lancar.

Kecekapan Enjin dan Penjimatan Bahan Api:
Selain itu, CVT juga menawarkan peningkatan terhadap kecekapan dan prestasi enjin berbanding AT. CVT dibangunkan untuk memaksimumkan keberkesanan bahan api, oleh itu ia popular digunakan pada kenderaan hibrid. Secara keseluruhannya, gear AT dapat memberikan kecekapan sehingga 86% berbanding CVT yang boleh mencapai sehingga 97%. Oleh kerana CVT dapat membenarkan enjin untuk beroperasi pada tahap optimum (tidak bergantung kepada kelajuan kenderaan), maka kenderaan yang dilengkapkan dengan CVT menghasilkan lebih penjimatan bahan api berbanding dengan enjin gear AT. Ujian pernah dilakukan oleh ZF Getrie be GmbH untuk Agensi Perlindungan, Alam Sekitar, Bandar dan Lebuh Raya Amerika Syarikat beberapa tahun lepas dan mendapati bahawa enjin dengan CVT menggunakan 10% bahan api kurang daripada enjin dengan AT empat kelajuan. Selain itu juga, pengeluar kereta Nissan mendakwa bahawa ekonomi bahan api kenderaan mereka yang menggunakan CVT adalah 10-12% lebih baik berbanding kenderaan AT untuk kelas yang sama. Oleh kerana keupayaan CVT untuk mengawal pelbagai kelajuan enjin, ia menghasilkan lebih sedikit gas emisi. CVT juga lebih ringan berbanding AT tradisional, dan ini dapat memberikan penjimantan bahan api yang lebih baik, terutamanya dalam pemanduan di bandar.

Servis Transmisi:
Servis gear CVT adalah berbeza dengan dengan gear AT kerana gear CVT memerlukan minyak pelincir, bendalir transmisi dan alat ganti khas. Tempoh bagi penukaran bendalir transmisi pada CVT adalah pada setiap 60,000 km berbanding 72,000 km untuk normal AT. Kereta yang menggunakan gear CVT perlu dihantar ke tempat servis yang mempunyai kelengkapan dan pekerja yang mahir dalam baik pulih transmisi dan penyelenggaraan. Selain itu kos bagi servis dan baik pulih/penggantian gear CVT lebih mahal berbanding gear AT biasa. Bagi penggantian CVT ia memerlukan kos antara RM10,000 – RM 20,000 apabila ia rosak. Masalah lain yang kerap berlaku dalam gear CVT adalah hilang pecutan dan panas melampau (overheating). Pemandu juga ada merasakan henjutan, tergelincir, dan menggeletar. Tali sawat CVT juga boleh mengalami regangan dan haus berlebihan, dan gear kadang-kadang mengalami kegagalan penghantaran. Permasalahan seperti ini tidak berlaku dalam penggunaan gear AT. Transmisi CVT tidak akan tahan lama jika dibandingkan dengan transmisi automatik tipikal, dan secara majoritinya unit-unit CVT ini boleh bertahan sekitar 100 km atau kurang. Namun, apa yang paling penting adalah servis untuk minyak enjin dan minyak gear dilakukan mengikut jarak yang ditetapkan pihak pengeluar agar pemanduan lebih lancar dan mengelakan kerosakan pada sistem gear.

Yang Mana Pilihan Anda?
Transmisi CVT dapat memberikan penggunaan bahan api yang lebih rendah, terutamanya untuk pemanduan di bandar. Ia juga dapat menghasilkan kuasa yang mudah dan lebih cekap serta menghapuskan penukaran dari gear ke gear. Namun ada sesetengah pemandu mengadu terdapat bunyi yang berterusan yang dikenali sebagai dron enjin yang boleh mengganggu pemanduan. Mungkin ada yang lebih suka dengan pemanduan transmisi automatik konvensional dengan pecutan kuasa yang singkat, tetapi bagi mereka yang mementingkan penjimatan bahan api ia mungkin memilih CVT. Cara terbaik untuk mengetahui kebaikan dan kelemahan sebelum membeli kenderaan CVT atau AT adalah dengan memandu uji secara menyeluruh.

Rujukan

Boos, M. and Mozer, H. 1997. ECOTRONIC – The Continuously Variable ZF Transmission
(CVT). Transmission and Driveline Systems Symposium SAE, Paper No. 970685. in SAE SP-
1241: 61-67.

Da Wen Ge, Sugeng Ariyono and Daw Thet Thet Mon, 2010. A Review on Continuously
Variable Transmissions Control, Proc. of National Conference in Mechanical Engineering
Research and Postgraduate Students (1st NCMER 2010), pp. 543-554.

Doerr, C., Homm, M., Indlekofer, G.: The new automatic transmission 9G-Tronic from
Mercedes-Benz. In: Proceedings of the 12th International CTI Symposium-Automotive
Transmissions and HEV and EV Drives, Berlin, Germany, pp. 153–160 (2013)

Dutta-Roy, T., 2004. Effect of Continuously Variable Unit on Powertrain Dynamics. (Thesis),
The University of Technology, Sydney, Australia.

Harris, W., 2008. How CVTs work. Part of the “How Stuff Works – Auto” Articles [Online
Article]. Available: http://auto.howstuffworks.com/cvt.htm.

CVT Transmissions – The Pros & The Cons

https://uae.yallamotor.com/car-news/a-brief-history-of-the-dreaded-cvt-transmission-5047

https://www.autolist.com/guides/cvt-vs-automatic-transmission

Kluger, M. and Fussner, D., 1997. An Overview of Current CVT Mechanisms, Forces and
Efficiencies, SAE Technical Paper 970688, 1997, pg. 10, https://doi.org/10.4271/970688.

Kluger, M.A., and Long, D.M., 1999. “An Overview of Current Automatic, Manual and
Continuously Variable Transmission Efficiencies and Their Projected Future Improvements”,
SAE Transactions, 1999, SAE Paper No. 1999-01-1259, pp1-6

Lang, K.R., 2000, Continuously Variable Transmissions: An Overview of CVT Research Past,
Present and Future, Homepage of Massachusetts Institute of Technology, [Online]. Available:

http://www.lasercannon.com/Murano/Files/cvt.pdf [Accessed: 9/8/2010].

Nichols, J. M., Sweet, B. B., Pohl, B. P., Thomassy, F. A., Elliott, W. J., Galvin, D., & Dawe,
D. J. (2017). U.S. Patent Application No. 15/462,502.

Surin Sheth, Bhavya R. Gajjar and Purvi Chauhan, A Scope and Study of Automatic
Transmission System in Context of Operating Parameter and Professional Requirement,
National Conference on Emerging Trends in Engineering, Technology & Management,
INDUS Institute of Technology & Engineering, Ahmedabad, India, 02/2014, pg. 1-5.

Xiangyang Xu, Peng Dong, Yanfang Liu and Hui Zhang, 2018. Progress in Automotive
Transmission Technology, Automotive Innovation, Volume 1, Issue 3, pp 187–210.
Xochitl Soto and Aaron Sweat, Handbook of Automotive Engineering and Electronics,
Academic Studio, United States, 2016.

Kredit Foto : Sergey Ryzhov