《Subaru CVT无段变速箱》缘起与改进(二)《Outback》《Levorg》准车主最关心的事!最终回

《Subaru CVT无段变速箱》缘起与改进(二)《Outback》《Levorg》准车主最关心的事!最终回

▲不论是今年底登陆台湾的Levorg 1.8T或是即将上市的Outback,都采用改良式的炼条式CVT变速箱,但Levorg的设计改变幅度比较大,相信寿命会更长久。

上回提到二大关键,其一乃是Subaru最终为了会使用CVT无段变速系统,而且是稀有的炼条式CVT架构,其二就是Subaru对于炼条结构相当认同,粗壮、扎实、可承受2.5T引擎大扭力输出。但问题来了~炼条式CVT既然这么勇猛刚强,又没有复杂的专利与生产技术门槛,为何无法成为主流设计?包含Toyota、Nissan、Honda等大厂都不使用,原因何在?

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▲钢带式CVT的结构就是多达400片以上的“壬”形钢片与又薄又细的钢带,为了确保钢片堆叠精准并强化推挤应力,钢片上端都有定位孔与卡榫,强化推挤力量与可靠性,结构设计相当精密。

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▲因为接触面积大,所以摩擦力容易维持,而且是以推挤方式传递扭力,红色区域为高压、蓝色为低压,变速方式就是在双油压转子间挤压,造成左右大小圈直径的差异,达到无段变速与高减速比的目的,堪称是精密又创新的设计。

钢带式CVT作动原理~推挤

如果单纯以“拉力”来看二种CVT结构,炼条与钢带的抗拉力强度落差相信在10倍以上!毕竟钢带上层层堆叠的钢片并没有任何抗拉力的功能,仅能靠左右各6~12条又薄又细的钢带连结,并担负抗拉力的功能,与炼条的强度设计差异甚远,简直就是小虾米对大鲸鱼。但吊诡的是,主流设计是钢带而非炼条,于是乎钢带确实具备不为人知的秘密,因此广受日本一线车厂喜爱,至于炼条式CVT则是Audi不愿回顾的旧伤口。

钢带CVT的最大特色,就是钢带与V沟双油压转子间,具备“极大的接触面积”,极大到底有多大?嗯…大约是炼条式CVT的5~10倍以上,因规格众多,所以数字方面说不出个准,但二者的接触面积落差极大是事实,而认清这个事实后,就可以进一步了解钢带式CVT的工作原理。

因为钢带具备接触面积极大化的优势,所以在运作原理方面,可以使用“推挤”的方式传递扭力,这也是钢带式CVT的最大本钱之一。正因为“推挤”的思维,可以让细细一条钢带传输高达35kgm的最大扭力,如果是靠“拉扯”方式运作,钢带所能传输的扭力根本无法达到一半,也就是连17kgm都有困难,应用在Toyota Altis 1.8身上可能都会被打枪。

试想~钢带就靠几条薄钢带串连,搭配精密无缝焊接,这么脆弱的结构怎么可能承受引擎拉扯的力量?若不靠推挤方式完全无法做功。所以钢片为何要设计成“壬”字形?就是为了大幅增加与V沟之间的接触面积增进摩擦力,避免运作过程出现打滑空转现象,不但浪费能源、瞬间失去加速性能,还会提升变速箱温度,影响使用寿命。

也因为是推挤原理,所以钢带不用设计得太雄壮威武,可以减轻许多重量与体积,大幅降低转动惯性,更容易达到节能目的。此外钢带也不需要做得像炼条那么宽,占用变速箱体积,更容易搭配横置引擎。因此钢带式CVT堪称是当代汽车科技中的一项伟大发明,结构虽然简单,不过设计思维一点也不简单!

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▲水平对卧引擎一定要对应一个纵置式的变速箱,偏偏日本CVT变速箱罕见此一设计,正好Audi曾经开发过这样的变速箱,所以Subaru也算是搭上顺风车,于是就承袭了Audi Multitronic之基本架构,包含炼条式CVT,但此设计和水平对卧引擎一样难搞!确定比钢带式CVT更难对付,详情请参阅以下说明。

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▲这就是Audi Multitronic变速箱的本尊,相信多数人已眼花撩乱,所以特别将主要结构独立出来让读者更容易了解CVT的运作原理。

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▲应用在Subaru水平对卧引擎身上,结构依然紧凑,同样令人眼花撩乱,但重点是新变速箱改进了哪些地方?

炼条式CVT作动原理~拉扯

钢带式CVT之作动原理比较难懂,但炼条式CVT就很简单,一定是用拉扯方式传递扭力,所以结构粗壮、重量偏高、惯性偏高、油耗偏高是必要的恶,不过成本并没有比较高。

论及Subaru变速箱的胜败优劣关系,为何一定要搞懂钢带与炼条式CVT的差异?个中关键在于“摩擦力”。没错,因作动原理迥异,炼条式CVT都能承受大扭力,但能不能在V沟双油压转子间自由运行、畅快变速,另一个关键就是摩擦力。

从图片中,不难看出钢带式CVT的接触面相当大,但炼条式CVT的接触面相对小很多。

摩擦力看似与摩擦系数及正压力有关,就物理公式来看,似与接触面积无关,但在实际应用未必是这样,接触面积其实有一定的重要性,就可靠性来看,工程师通常会偏向加大接触面积来确保摩擦力无虞,偏偏炼条就是没有这方面的优势。

为了确保炼条不会在V沟内打滑,因此炼条式CVT必须“绷得很紧”避免打滑现象发生,通常都比钢带式CVT绷得更紧,方能确保摩擦力无虞。反正炼条很粗勇,不怕被虐被绷紧。

但系统为了确保时时刻刻都要绷得很紧,因此炼条式CVT的油泵必须具备更大的功率,而且经常处于高功率运行,以确保油压无虞。但是紧绷+高压“硬碰硬”难免会出问题,来看看这个衰败程序:一定要维持炼条高紧绷特性→高功率油泵催下去→油温偏高容易劣化产生油泥→变速箱油混浊散热效率越来越低→油泥阻塞高压油泵降低运转效率→继续摧残油泵至死不能休息→总有一天油压不足导致炼条绷不紧→急加速或爬坡时炼条打滑后刮伤油压转子导致更严重的习惯性打滑问题→习惯性打滑现象会越来越严重影响加速品质→车主抓狂将爱车送去修理…

炼条虽然不会被拉至断掉、整组报销,不过习惯性打滑一旦出现,空转问题将会越来越明显,总一天车主还是得面对。此外,油温偏高还会伤及变速箱的油封、电磁阀与其它相关零件,有时候还没等到严重的惯性打滑问题浮现,变速箱已提前挂点。总之“高压油泵催下去”真的不是一个好主意!

所以适度增进换油保养频率、强化滤芯机能性、增进变速箱散热效率、提升油路顺畅性、改善油泵阻塞情形、使用更好的油品、避免油泵经常处于高功率运行、采用“高+低”独立控制双油压回路设计,以上大致就是炼条式CVT必须做的事。

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▲炼条与朝槽油压转子间的接触面积不大,因此需要“夹得很紧”确保不空转、不打滑,此时需要比钢带式CVT更强劲的油压系统才办得到,于是引发一连串的问题出现,无疑是连环爆炸案。

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▲炼条式变速箱其实充满玄机,横柱间隔必须采用“不等间距”,能降低运转噪音,并提升摩擦力。

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▲变速箱的结构通常都比引擎更复杂,虽然少了热力学这个难以跨越的关卡,但是要理解个中奥秘也没有这么简单,而且没办法从外观判断其可靠性与耐用度。

Subaru变速箱改良对策

了解炼条式CVT的“硬伤”之后,就可以轻易理解Subaru新型变速箱修的改良重点与功效:

◎将传统的楔形转子式油泵改为螺璇式设计,楔形转子虽然可以产生又高又稳定的油压,但是容易卡油泥影响运转效率则是致命伤,螺璇式转子这方面的问题相对轻微,此外运转震动与噪音也比较低。

◎提升皮带端油泵传动轮的加速比,因为螺璇式转子必须在更高的转速下运行才能发挥最佳效率。

◎强化油压储存设计,避免油泵持续运转。

◎增加油泵启闭电磁阀,让油泵可以适度休息,避免持续做功导致油温上升;新增油压感知器,适时启动油泵运转,油压监控更为精准。

◎采用高压、低压双油压管路独立控制设计,油压管控更有效率,并非一味“蛮干”以持续性高压方式催下去。

◎采用轻量化、散热性更佳的铝合金油底壳

◎强化变速箱油品质,进化至第三代新配方

◎提升CVT的减速范围,概略从1:7增进至1:8,强化起步反应、高速省油性与静肃性。

此外CVT变速箱的“硬伤”可以“软解”!这是近年来CVT变速箱的软体设计新逻辑,那就是“模仿传统AT自排变速箱的换档模式”。话句话说,CVT必须适时舍弃“无段变速”传统思维,以有档位的方式运行,不论是模拟5速、6速、7速、8速都可以,但究竟模仿几速最好?这没有一定答案,端视车身重量、行驶环境、加速需求、油耗表现…等多方需求,没有绝对正确与合适的答案。

为何CVT要模拟5速、6速…等固定档位方式运行,无段变速不好吗?首先无段变速会造成引擎运转噪音与排气噪音固定在同一个频率与分贝,反而容易造成驾驶与乘客的不舒适感,虽然说水平对卧引擎震动与噪音问题相对轻微,很适合搭配CVT,但如果能避开上述问题,舒适性与静肃性将会更上一层楼。

此外不论是钢带或是炼条结构,CVT的运作都需要高、低二种油压管路,称为“主要压力”与“次级压力”,简单来说,在特定减速比持续运作,也就是炼条或钢带相位不变“定”在转子间特定位置持续转动,此时只需要低油压就能维持运作,高油压可以关闭,避免无谓的油压浪费,因为油压来源为引擎能量会增压油耗,减少油压消耗是好事。

如果要挤压钢带或炼条,也就是要做出减速比变化时,此时高压油路就会派上用场,还有,挤压CVT的双油压转子其实是很吃力的工作,尤其是钢带式CVT,因为“绷得很紧”不好推,如果在整个行车过程当中,能大幅降低高压油路的运作频率与时间,对于CVT的油温控制、使用寿命、油耗效率,都有正面的影响。

相信聪明的读者已经联想到了,缩减高压油路运作时间最佳策略之一,就是多多采用固定档位运行,不要把钢带或炼条一直挤来挤去,浪费能源、徒增油温、减损阳寿。这方法不论是何种品牌、何种车款都适用,其实Toyota、Honda、Nissan等一线车厂早就觉醒,以上Subaru的修正设计,早就能在这些品牌的新车款上找到蛛丝马迹,Subaru并非独家与创新,但是更需要以上的改良增进寿命与驾驭乐趣。

至于Subaru旧车主如何保护变速箱和引擎?最好的方式就是开车温柔不要太暴力,降低无谓的加速与减速时机,炼条少一分拉扯就能多一份寿命,此外勤于保养也是重要课题,懒得换油最容易出事情。此外,Subaru原本的设计就是CVT满足舒适用途、手排满足暴力之徒,超暴力玩家请寻求改装一途,因此“暴徒”在CVT身上通常都得不到满足。

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