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無段自動波

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無段自動波(英語:Continuously Variable Transmission縮寫CVT)是可以連續調節轉速/扭矩轉換比的自動波,於1879年由米爾頓·里夫斯英語Milton Reeves發明,最初用於鋸木機器中,及後才安裝於自己的汽車之上[1]

簡介[編輯]

綿羊仔電單車上的CVT
一個PIV鏈傳動器
一個農業用收割器上的CVT。滑輪的直徑可透過兩個錐形盤彼此靠近或遠離而改變。

無段自動波CVT,也稱為單速波箱、無段波箱、滑輪傳動或扭轉轉動)是一種自動波,可以透過連續變速改變有效傳動比[2]。這與其他提供固定數量的齒輪比的機械波箱形成對比。CVT的靈活性允許輸入軸保持恆定的角速度。

早期以皮帶驅動設計提供了整體大約88%的效率(近年以鋼帶為主可以提昇至96%),雖然低於棍波(98%),但可以透過平順的變速特性來抵消損失,他可以使引擎以最有效的速度運行持續平順地輸出動力。當需要動力時,CVT的比例可以立刻改變,讓引擎以其產生最大功率的轉速區間輸出動力(可以一直維持在峰值效率的轉速)。在輕量小扭力產品(如電單車)中,皮帶驅動的無級波箱還提供易於使用和機械簡單化的優點。CVT本身並不一定須要有離合器,然而在一些車輛(例如轎車、高檔電單車)中,添加離心式或是油壓離合器作為「緩衝」,這在N檔(空轉)或是排入檔R時是有需要的。

CVT有V型橡膠帶式、鋼帶式、多盤式、鋼球式、滾輪轉盤式…等多種構造,大都利用金屬帶和可變半徑的滾輪傳輸動力。透過主動滾輪與被動滾輪半徑的變化,達到類似齒輪比的變化[3]。理論上這種傳動方式的效率很高,不過必須建立在能負荷沒有打滑所傳遞的動力的情況下。由於是利用鋼帶與滾輪之間的摩擦力傳遞動力,所以鋼帶及滾輪的工作情況十分苛刻。為了有效傳遞動力,鋼帶與滾輪之間不允許打滑,而且原本產生的熱能已經很多,如果再打滑恐怕將會造內部機件的燒毀或嚴重耗損。而為了增加靜摩擦力,最直接的方式就是增加鋼帶與滾輪之間的壓力。但摩擦力增加了,動力傳輸的耗損也會增加,無形中還是增加了油耗。

鋼帶的強度也是一大重點,目前無段自動變速器大多使用於汽車綿羊仔電單車拖拉機為主,以日本德國製為主流。無段自動變速器優點主要在沒有傳統多組齒輪式自動波箱換檔過程造成的損耗,傳統自動波箱換檔太快會造成震動,近年來無段波箱搭配扭力轉換器或電子控制離合器與引擎連結,可以發揮所長很快速順暢得由低速進入高速齒輪比不用擔心震動,也就是能比較快速順暢進入省油齒輪比,但並不適用於扭力過高的情況,這時要用較高的油耗作補償,傳統自動波相對比較耐用耐高扭力,所以汽車公司仍繼續開發八前速以上之傳統自動波。現代無段波箱也可用電子控制液壓調整滾輪間距來產生幾個固定齒比檔位,不過若切換此模式來換檔就會與傳統自動波箱一樣,會多增加一點油耗。

AISIN愛信精機,豐田)[編輯]

Direct-Shift CVT[編輯]

專為TNGA系列平台使用,最大的特色是加入起步齒輪,有效改善剛起步時無力的感覺,可模擬10速手自排

Super CVT(又名豐田K CVT)[編輯]

豐田Super CVT-i 波箱

2000年登場,可模擬七速手自排,波箱與引擎之間使用傳統扭力轉換器做連結。

E-CVT(Toyota Power Split Device)[編輯]

使用於豐田的混合動力車輛,雖然運作原理上與傳統CVT完全不同,但駕駛感受與CVT相同。

JATCO(捷特科,日產)[編輯]

N-CVT[編輯]

為日產第一代的CVT系統,衍生自富士汽車的ECVT,採用電磁式離合器,缺點是裏面的磁粉易受潮而結塊,在部份氣候潮濕的地方故障率較高。

Hyper CVT[編輯]

為日產第二代的CVT系統,以扭力轉換器取代電磁式離合器,強化耐用度及改善第一代N-CVT缺點。

Xtronic CVT[編輯]

簡稱X-CVT,為日產第三代波箱,由Jatco所生產,鋼帶採用12層、400片的「土」字型鋼片所組成,波箱與引擎之間使用傳統扭力轉換器做連結,可承受3.5升以上引擎的扭力。使用X-CVT之車系為NISSAN的TIIDABLUEBIRD SYLPHYROGUETEANAMURANO等。

INVECS CVT[編輯]

三菱汽車所使用,波箱與引擎之間使用傳統扭力轉換器做連結,與日產的XTRONIC CVT同為Jatco生產,使用之車系為LANCER FORTISOUTLANDER、COLT PLUS等。

富士汽車(速霸陸)[編輯]

ECVT[編輯]

電子式無段變速自排系統速霸陸早期所使用之CVT波箱。

Lineartronic CVT[編輯]

為速霸陸車系採用的CVT波箱。

Honda本田[編輯]

Multimatic CVT無段變速系統[編輯]

1995 Honda Civic VTi上,本田首次搭載Honda Multimatic(MMT)CVT無段變速系統,解決了傳統CVT扭力承受度不高的問題(但還是不如現代的CVT),是世界上第一個量產的高輸出的CVT。但與棍波相比,MMT上使用的離合器系統是粘性聯軸器系統,仍然比以往的基於扭力轉換器的自動波箱低。實際使用上時間一長也會造成傳動帶在錐形滑輪上出現打滑的情況,最大承受動力也只有當時本田公佈的130ps,之後在不被看好的情況下就如同其他早期的CVT一樣僅僅出現在一些輕型車上。

Earth Dreams CVT無段變速系統[編輯]

2012年起為本田在現在主流車款所採用的G-DESIGN技術CVT波箱系統,本體採用鋼帶式結構。鋼帶採用12層、400片的「土」字型鋼片所組成(生產廠商為BOSCH),波箱與引擎之間使用傳統液壓扭力轉換器做連結。這款波箱的特點是有更高更廣的變速比與更積極的變速速度,扭力承受能力也大幅提昇,配合模擬擋位甚至可以拉到紅線區也不會強制升擋,又有巡航時低轉速的經濟特性,符合本田一貫的造車理念。

AUDI(Multitronic)[編輯]

AUDI B6/B7所採用的CVT波箱系統,波箱與引擎之間採用電子控制離合器做連結,可減少性能損失。曾有一段時間積極推廣至旗下車款,但由於離合器片容易過熱導致故障率過高,特別是在歐洲多山路與駕駛習慣仍然以棍波為主,CVT平順的換擋特性也相對不受歡迎,基於市場成本考量AUDI決定停止開發MultitronicCVT波箱系統,繼續使用雙離合波箱系統。

Autotronic[編輯]

梅賽德斯-平治所採用的CVT波箱系統。

此種波箱是由行星齒輪與馬達組成,其優點有,構造簡單、可靠度高;缺點是若需要將引擎輸出轉換成扭力,效率很差,而且當馬達或控制馬達的變頻器故障時,波箱就故障了;因此此種混合動力車輛並沒有純汽油模式[4]

參考資料[編輯]

  1. ^ A tale of two brothers. gasenginemagazine.com. [19 July 2020]. (原始內容存檔於2021-11-04) (英語). 
  2. ^ Fischetti, Mark. No More Gears. Scientific American. January 2006, 294 (1): 92–3. Bibcode:2006SciAm.294a..92F. PMID 16468439. doi:10.1038/scientificamerican0106-92. 
  3. ^ How CVTs Work. howsuffworks.com. 27 April 2005 [26 August 2020]. (原始內容存檔於2020-05-16). 
  4. ^ Toyota Prius - Power Split Device (PSD)頁面存檔備份,存於互聯網檔案館(英文)