CVT變速系統的節能

選購省油車新觀點

記者:文/hayabusa、整理/Ero 2008-09-18

油價節節攀升,對於不少消費者來說如何選購一部好開卻又不會讓荷包大失血的車子就成了一個相當傷腦筋的問題。車界面對高油價時代也有各種不同的因應動作,比如柴油車型的種類和生產或引進數量快速增加,或是比較「高科技」的油電混合動力車越來越受到注意,甚至是在目前加氣站不普遍的情況下,仍然有不少人已經準備將自己的愛車改裝成瓦斯車,無非是想要節省一些油錢的支出,畢竟開車用車有時總是難以避免的。 不過,如果只出於省油錢的考慮,購買柴油車,則因車價較高,需注意使用成本問題,噪音振動對一些消費者來說也是個惱人的問題;購買小車在空間與實用性上未必能符合需求;想買混合動力車嘛選擇又太少,價格又太貴。所以我們要為大家提出一個更貼近一般用車習慣的新思考,就是本篇主角CVT無段變速系統。

傳統變速系統的演進

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在講到CVT能有什麼樣的節能好處之前,先來了解一下CVT到底是什麼。從其英文原意Continuously Variable Transmission我們一般習慣翻成無段自動變速箱。一般的變速箱內部是由許多齒輪組成,為了將引擎輸出的動力配合行駛狀況/路況適當地傳達至輪胎,車子從低速到高速行駛的過程中須要不斷的換檔來改變扭力放大的比率。變速系統隨著時代演進從手排到有自排,檔位則從早期的二、三速一直到現在的五、六速成為主流,大馬力性能車掛上七、八速的時代。

檔位之所以要越做越多,為的就是希望讓檔位與檔位之間的動力銜接更為平順,動力輸出更有效率,免得在檔位切換之際,動力落差太大,甚至產生頓挫。但是若要做多檔位,則又會牽涉到變速箱的體積、重量與成本增加等問題。


結構簡單的CVT

CVT無段變速系統的結構就簡單多了,其機構主要核心是動力輸入軸上的驅動輪盤、傳動鋼帶與動力輸出軸上的被動輪盤,透過這二個輪盤帶動鋼帶來取代傳動變速箱齒輪與齒輪間的銜接。那麼,CVT要如何改變變速比(也就是一般變速箱的齒比)呢?這就是CVT最大的特色,而且其實原理很簡單。

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驅動/被動輪盤是錐狀設計,在低速時驅動輪盤的油壓轉輪拉開,讓該端的鋼帶轉動直徑變小,等於是小齒輪,而被動輪盤的油壓轉輪則夾緊,讓該端的鋼帶轉動直徑變大,等於是大齒輪,這樣就形成了「低速檔位」的運作狀態,而高速行駛下則反之驅動輪端轉動直徑大、被動輪端轉動直徑小形成「高速檔位」。在整個行車過程中,就是透過二輪盤不斷改變直徑來改變減速比,而這個過程中是沒有齒輪離合切換所造成之動力落差的。
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節能最大關鍵 穩定引擎轉速維持最佳動力輸出

CVT的結構簡單,所以體積小、重量輕,M-BENZ的AUTOTRONIC變速箱長度只有33公分,堪稱是目前體積最小的CVT系統,以重量來說也比傳統自排輕了40%左右,對於油耗來說是先天而無形的幫助。更重要的是,因為變速比的變化是連續不斷的,所以在電腦控制單元的控制之下,CVT系統可以較快讓引擎達到接近最大動力輸出運轉,引擎轉速攀升速度較快,得到更快的加速與變速反應。

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CVT的齒比範圍比一般自排車大,以NISSAN的X-CVT(Xtronic CVT)來說,最大齒比為最小齒比的5.96倍,AUTOTRONIC為6.41倍,AUDI的Multitronic則達到6.73倍,較大的齒比範圍更容易發揮前述的優點。藉由不斷調整轉速比,讓引擎轉速維持穩定,同時讓動力維持在最佳且穩定的輸出狀態,就是它節省油耗的最大關鍵。
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只是在一般行車狀況下,車廠會著重油耗經濟表現,所以在換檔控制程式上會刻意降低轉速點。我們以MITSUBISHI的INVECS III為例,排入D檔全油門下去之後,系統會先以低轉速比讓引擎轉速快速拉高並提升車速,當引擎轉速到達4500rpm左右,則是透過變速比的改變來提升車速,所以車速改變,但引擎轉速維持固定,等到車速降低到一個程度轉速才會開始下降。
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以筆者以前跑過數次省油比賽的經驗來看,非常能夠體會定轉速行駛在節省油耗上的意義是大於固定車速的所謂巡航行駛。CVT的運作模式也一樣,特別是在行駛山路的情況下,因為變速比是連續無段調整,所以不但不會有頻頻升檔降檔的動力落差、損耗問題,更因為引擎轉速在變速比調整下維持穩定,所以動力輸出穩定,油門不用重踩,燃油就不會白白被消耗掉。


如手自排般手動換檔 駕駛習慣與樂趣不變

開過CVT車的人都知道,CVT的加速感就是一個順字,速度爬升的平順讓人難感受到車速的細微變化(包括加減速帶來的前後向G值),所以開車很容易超速而不自知。不過如果撇開油耗的問題,這種十分線性的加減速特性在需要做急加速或急減速,比如換車道超車與下坡速度太快需要檔煞時該怎麼辦呢?

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其實這個問題也很容易解決,只要在電子控制單元精確而智慧的控制之下,將變速比控制在適當的範圍,就可以在短時間內迅速提供動力,不管是超車、爬坡,或真正想作比較運動化的激烈駕駛,其實都還是作得到,端看車廠對換檔邏輯程式的思考與設計而已。
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就如同一些手自排變速箱一樣,某些CVT在一般模式外還提供運動化模式(各系統的模式稱呼有別),讓系統經常維持在較低變速比,來快速拉高轉速,例如INVECS III切到Ds檔位轉速就可快速拉到6000rpm(剛剛提過一般模式只到4500rpm)左右,AUTOTRONIC與MULTITRONIC系統上亦有類似的模式,駕駛者可直接透過中控台/排檔座界面來切換。
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既然能夠自由將變速比控制在某一範圍,要直接固定在幾個特定變速比,模擬出有如手自排系統的檔位並且可以手動換檔當然不成問題。且因為CVT的無「段」變速其實本來就是「無限段」變速嘛,所以誇張點說固定的檔位要模擬幾個都可以,所以現在CVT隨便都是弄六、七速,最近A5車系搭載的MULTITRONIC更是到了八速,手動換檔能讓駕駛者有更大的動力控制空間與樂趣,而模擬檔位多轉速比間隔綿密動力落差也就小。純粹想省油順順開就保持在一般模式,偶有運動化動力輸出 需求時再切至運動化或手動模式,豈不是兩全其美?
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如果從官方所公布的油耗數據來看,幾款搭載CVT系統的車款數字都比同排氣量等級的競爭車款漂亮一些,不過這不是絕對,而且節省幅度也不是很大,這麼說來豈不是杯水車薪,拯救不了消費者急速消瘦的荷包嗎?其實這倒未必,因為官方測試的方式與場地都是固定的模式,基本上只能概略分出各不同車款油耗表現的強弱。

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但是以一般購車長期使用的角度來看,能夠經常盡量維持引擎在最佳動力輸出狀態的CVT系統還是能夠大幅減少一些無形中的動力損失,接下來就只看引擎本身的燃油運用效率如何了;這些都是在官方統計數字中所看不到的。
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CVT以往因為傳動鋼帶及其他機構的限制,無法使用於大扭力輸出的引擎,不過隨著技術的進步,新一代的CVT系統多能承受30公斤米左右的扭力,NISSAN已將旗下的X-CVT搭配3.5升引擎,AUDI的MULTITRONIC也可以在搭載3.2FSI、2.7 TDI柴油引擎的車款上見到M-BENZ的2.0升渦輪引擎同樣可以搭配AUTOTRONIC,未來CVT的發展若能更精進,適用引擎範圍更普遍的話,對節省汽車燃油消耗也就能有更多更大的貢獻。
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