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國王車訊車廠動態國王學苑國王企劃 《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回
《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

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油耗表現
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安全配備
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《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

▲不論是今年底登陸台灣的Levorg 1.8T或是即將上市的Outback,都採用改良式的鍊條式CVT變速箱,但Levorg的設計改變幅度比較大,相信壽命會更長久。

上回提到二大關鍵,其一乃是Subaru最終為了會使用CVT無段變速系統,而且是稀有的鍊條式CVT架構,其二就是Subaru對於鍊條結構相當認同,粗壯、紮實、可承受2.5T引擎大扭力輸出。但問題來了~鍊條式CVT既然這麼勇猛剛強,又沒有複雜的專利與生產技術門檻,為何無法成為主流設計?包含Toyota、Nissan、Honda等大廠都不使用,原因何在?

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《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

▲鋼帶式CVT的結構就是多達400片以上的「壬」形鋼片與又薄又細的鋼帶,為了確保鋼片堆疊精準並強化推擠應力,鋼片上端都有定位孔與卡榫,強化推擠力量與可靠性,結構設計相當精密。

《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

▲因為接觸面積大,所以摩擦力容易維持,而且是以推擠方式傳遞扭力,紅色區域為高壓、藍色為低壓,變速方式就是在雙油壓轉子間擠壓,造成左右大小圈直徑的差異,達到無段變速與高減速比的目的,堪稱是精密又創新的設計。

鋼帶式CVT作動原理~推擠

如果單純以「拉力」來看二種CVT結構,鍊條與鋼帶的抗拉力強度落差相信在10倍以上!畢竟鋼帶上層層堆疊的鋼片並沒有任何抗拉力的功能,僅能靠左右各6~12條又薄又細的鋼帶連結,並擔負抗拉力的功能,與鍊條的強度設計差異甚遠,簡直就是小蝦米對大鯨魚。但弔詭的是,主流設計是鋼帶而非鍊條,於是乎鋼帶確實具備不為人知的秘密,因此廣受日本一線車廠喜愛,至於鍊條式CVT則是Audi不願回顧的舊傷口。

鋼帶CVT的最大特色,就是鋼帶與V溝雙油壓轉子間,具備「極大的接觸面積」,極大到底有多大?嗯…大約是鍊條式CVT的5~10倍以上,因規格眾多,所以數字方面說不出個準,但二者的接觸面積落差極大是事實,而認清這個事實後,就可以進一步瞭解鋼帶式CVT的工作原理。

因為鋼帶具備接觸面積極大化的優勢,所以在運作原理方面,可以使用「推擠」的方式傳遞扭力,這也是鋼帶式CVT的最大本錢之一。正因為「推擠」的思維,可以讓細細一條鋼帶傳輸高達35kgm的最大扭力,如果是靠「拉扯」方式運作,鋼帶所能傳輸的扭力根本無法達到一半,也就是連17kgm都有困難,應用在Toyota Altis 1.8身上可能都會被打槍。

試想~鋼帶就靠幾條薄鋼帶串連,搭配精密無縫焊接,這麼脆弱的結構怎麼可能承受引擎拉扯的力量?若不靠推擠方式完全無法做功。所以鋼片為何要設計成「壬」字形?就是為了大幅增加與V溝之間的接觸面積增進摩擦力,避免運作過程出現打滑空轉現象,不但浪費能源、瞬間失去加速性能,還會提升變速箱溫度,影響使用壽命。

也因為是推擠原理,所以鋼帶不用設計得太雄壯威武,可以減輕許多重量與體積,大幅降低轉動慣性,更容易達到節能目的。此外鋼帶也不需要做得像鍊條那麼寬,佔用變速箱體積,更容易搭配橫置引擎。因此鋼帶式CVT堪稱是當代汽車科技中的一項偉大發明,結構雖然簡單,不過設計思維一點也不簡單!

《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

▲水平對臥引擎一定要對應一個縱置式的變速箱,偏偏日本CVT變速箱罕見此一設計,正好Audi曾經開發過這樣的變速箱,所以Subaru也算是搭上順風車,於是就承襲了Audi Multitronic之基本架構,包含鍊條式CVT,但此設計和水平對臥引擎一樣難搞!確定比鋼帶式CVT更難對付,詳情請參閱以下說明。

《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

▲這就是Audi Multitronic變速箱的本尊,相信多數人已眼花撩亂,所以特別將主要結構獨立出來讓讀者更容易瞭解CVT的運作原理。

《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

▲應用在Subaru水平對臥引擎身上,結構依然緊湊,同樣令人眼花撩亂,但重點是新變速箱改進了哪些地方?

鍊條式CVT作動原理~拉扯

鋼帶式CVT之作動原理比較難懂,但鍊條式CVT就很簡單,一定是用拉扯方式傳遞扭力,所以結構粗壯、重量偏高、慣性偏高、油耗偏高是必要的惡,不過成本並沒有比較高。

論及Subaru變速箱的勝敗優劣關係,為何一定要搞懂鋼帶與鍊條式CVT的差異?箇中關鍵在於「摩擦力」。沒錯,因作動原理迥異,鍊條式CVT都能承受大扭力,但能不能在V溝雙油壓轉子間自由運行、暢快變速,另一個關鍵就是摩擦力。

從圖片中,不難看出鋼帶式CVT的接觸面相當大,但鍊條式CVT的接觸面相對小很多。

摩擦力看似與摩擦係數及正壓力有關,就物理公式來看,似與接觸面積無關,但在實際應用未必是這樣,接觸面積其實有一定的重要性,就可靠性來看,工程師通常會偏向加大接觸面積來確保摩擦力無虞,偏偏鍊條就是沒有這方面的優勢。

為了確保鍊條不會在V溝內打滑,因此鍊條式CVT必須「繃得很緊」避免打滑現象發生,通常都比鋼帶式CVT繃得更緊,方能確保摩擦力無虞。反正鍊條很粗勇,不怕被虐被繃緊。

但系統為了確保時時刻刻都要繃得很緊,因此鍊條式CVT的油泵必須具備更大的功率,而且經常處於高功率運行,以確保油壓無虞。但是緊繃+高壓「硬碰硬」難免會出問題,來看看這個衰敗程序:一定要維持鍊條高緊繃特性高功率油泵催下去油溫偏高容易劣化產生油泥變速箱油混濁散熱效率越來越低油泥阻塞高壓油泵降低運轉效率繼續摧殘油泵至死不能休息總有一天油壓不足導致鍊條繃不緊急加速或爬坡時鍊條打滑後刮傷油壓轉子導致更嚴重的習慣性打滑問題習慣性打滑現象會越來越嚴重影響加速品質車主抓狂將愛車送去修理…

鍊條雖然不會被拉至斷掉、整組報銷,不過習慣性打滑一旦出現,空轉問題將會越來越明顯,總一天車主還是得面對。此外,油溫偏高還會傷及變速箱的油封、電磁閥與其它相關零件,有時候還沒等到嚴重的慣性打滑問題浮現,變速箱已提前掛點。總之「高壓油泵催下去」真的不是一個好主意!

所以適度增進換油保養頻率、強化濾芯機能性、增進變速箱散熱效率、提升油路順暢性、改善油泵阻塞情形、使用更好的油品、避免油泵經常處於高功率運行、採用「高+低」獨立控制雙油壓迴路設計,以上大致就是鍊條式CVT必須做的事。

《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

▲鍊條與朝槽油壓轉子間的接觸面積不大,因此需要「夾得很緊」確保不空轉、不打滑,此時需要比鋼帶式CVT更強勁的油壓系統才辦得到,於是引發一連串的問題出現,無疑是連環爆炸案。

《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

▲鍊條式變速箱其實充滿玄機,橫柱間隔必須採用「不等間距」,能降低運轉噪音,並提升摩擦力。

《Subaru CVT無段變速箱》緣起與改進(二)《Outback》《Levorg》準車主最關心的事!最終回

▲變速箱的結構通常都比引擎更複雜,雖然少了熱力學這個難以跨越的關卡,但是要理解箇中奧秘也沒有這麼簡單,而且沒辦法從外觀判斷其可靠性與耐用度。

Subaru變速箱改良對策

瞭解鍊條式CVT的「硬傷」之後,就可以輕易理解Subaru新型變速箱修的改良重點與功效:

◎將傳統的楔形轉子式油泵改為螺璇式設計,楔形轉子雖然可以產生又高又穩定的油壓,但是容易卡油泥影響運轉效率則是致命傷,螺璇式轉子這方面的問題相對輕微,此外運轉震動與噪音也比較低。

◎提升皮帶端油泵傳動輪的加速比,因為螺璇式轉子必須在更高的轉速下運行才能發揮最佳效率。

◎強化油壓儲存設計,避免油泵持續運轉。

◎增加油泵啟閉電磁閥,讓油泵可以適度休息,避免持續做功導致油溫上升;新增油壓感知器,適時啟動油泵運轉,油壓監控更為精準。

◎採用高壓、低壓雙油壓管路獨立控制設計,油壓管控更有效率,並非一味「蠻幹」以持續性高壓方式催下去。

◎採用輕量化、散熱性更佳的鋁合金油底殼

◎強化變速箱油品質,進化至第三代新配方

◎提升CVT的減速範圍,概略從1:7增進至1:8,強化起步反應、高速省油性與靜肅性。

此外CVT變速箱的「硬傷」可以「軟解」!這是近年來CVT變速箱的軟體設計新邏輯,那就是「模仿傳統AT自排變速箱的換檔模式」。話句話說,CVT必須適時捨棄「無段變速」傳統思維,以有檔位的方式運行,不論是模擬5速、6速、7速、8速都可以,但究竟模仿幾速最好?這沒有一定答案,端視車身重量、行駛環境、加速需求、油耗表現…等多方需求,沒有絕對正確與合適的答案。

為何CVT要模擬5速、6速…等固定檔位方式運行,無段變速不好嗎?首先無段變速會造成引擎運轉噪音與排氣噪音固定在同一個頻率與分貝,反而容易造成駕駛與乘客的不舒適感,雖然說水平對臥引擎震動與噪音問題相對輕微,很適合搭配CVT,但如果能避開上述問題,舒適性與靜肅性將會更上一層樓。

此外不論是鋼帶或是鍊條結構,CVT的運作都需要高、低二種油壓管路,稱為「主要壓力」與「次級壓力」,簡單來說,在特定減速比持續運作,也就是鍊條或鋼帶相位不變「定」在轉子間特定位置持續轉動,此時只需要低油壓就能維持運作,高油壓可以關閉,避免無謂的油壓浪費,因為油壓來源為引擎能量會增壓油耗,減少油壓消耗是好事。

如果要擠壓鋼帶或鍊條,也就是要做出減速比變化時,此時高壓油路就會派上用場,還有,擠壓CVT的雙油壓轉子其實是很吃力的工作,尤其是鋼帶式CVT,因為「繃得很緊」不好推,如果在整個行車過程當中,能大幅降低高壓油路的運作頻率與時間,對於CVT的油溫控制、使用壽命、油耗效率,都有正面的影響。

相信聰明的讀者已經聯想到了,縮減高壓油路運作時間最佳策略之一,就是多多採用固定檔位運行,不要把鋼帶或鍊條一直擠來擠去,浪費能源、徒增油溫、減損陽壽。這方法不論是何種品牌、何種車款都適用,其實Toyota、Honda、Nissan等一線車廠早就覺醒,以上Subaru的修正設計,早就能在這些品牌的新車款上找到蛛絲馬跡,Subaru並非獨家與創新,但是更需要以上的改良增進壽命與駕馭樂趣。

至於Subaru舊車主如何保護變速箱和引擎?最好的方式就是開車溫柔不要太暴力,降低無謂的加速與減速時機,鍊條少一分拉扯就能多一份壽命,此外勤於保養也是重要課題,懶得換油最容易出事情。此外,Subaru原本的設計就是CVT滿足舒適用途、手排滿足暴力之徒,超暴力玩家請尋求改裝一途,因此「暴徒」在CVT身上通常都得不到滿足。

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