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標題: [知識] INVECS Ⅲ之CVT系統的探討 [打印本頁]

作者: fsds 時間: 2006-12-31 09:27 AM 標題: [知識] INVECS Ⅲ之CVT系統的探討

無段變速系統是個相當優異的動力傳輸理念，但消費者的疑慮在於這套系統的可靠度，加上市售車型的普及率相當低，常被對手抨擊為：白老鼠（實驗品）。之前NISSAN March NCVT系統偏高的故障率讓消費者對CVT趨之若鶩，因此新一代Lancer及Virage配備同級車中絕無僅有的CVT系統，到底耐用度及實用性如何？讓筆者解剖CVT變速箱來為各位網友解答。

▲ INVECS Ⅲ變速箱解剖模型點此放大
四速自排變速箱之缺陷
當您使用四速自排變速系統時，普遍的問題就是1、2檔齒比落差過大，會有換檔震動的存在、動力銜接不夠順暢、換檔時會有動力傳輸空窗期、油門反應不夠直接、動力損耗較大、自排油需定時更換等。一般液壓式扭力轉換器的動力傳輸耗損這一點就造成耗油、加速性能較差、引擎工作溫度高等負面影響，雖然現在的自排變速系統很聰明，具有鎖定裝置能由液壓動力傳輸改成直接傳輸模式，但是遇到換檔時仍然需要扭力轉換器介入，就算是行車速度夠快，仍脫離不了扭力轉換器的動力耗損，因此常見自排車的引擎轉速與行車時速不成比例，這種在手排車中不可能發生的情形（除非離合器打滑或含著離合器開車），在自排車上卻習以為常。

自排系統為何會從早期的三速演進成四速系統，如今又出現五速自排，意思和密齒比變速箱的道理是一樣的，連手排性能車都在追求六前速變速箱，動力銜接才夠綿密，引擎才能發揮最佳效益。四速自排因為只有四個檔位，為了兼顧各檔位間的動力銜接問題，齒輪比不宜拉的太大。因此只能對應一般道路使用狀況，對於山路陡坡就很吃力（一檔轉速太高、二檔又沒力），最低傳輸比例通常在1：2.7以上；高速巡航時，四速自排的最高傳輸比例通常在1：12以下。

但是CVT的齒輪比變化範圍卻很大，最大的優點就是「無段變速」，無換檔頓挫及動力空窗期，無齒比落差、動力傳輸直接（但各廠商CVT設計不同，INVECS Ⅲ在時速20km/h仍有動力耗損問題，之後將詳細敘述）。

INVECS Ⅲ鋼帶式CVT的變速機構並不複雜，動力輸入及輸出軸之間以一條鋼帶來負責動力傳輸，變速機制以兩個油壓驅動的寬度可變V形槽轉輪來達成，這種機構的動力傳輸限制在於鋼帶與V形槽間是以摩擦方式牽動，有最大扭矩限制，其他方面並無盲點，成本其實不高，且機構簡單。因科技之進步，新一代推擠式鋼帶結構（之後再陳述）耐用度也不成問題。但是整個變速箱機構並非如此單純，問題常常出在動力銜接緩衝（即手排之離合器及自排之液壓扭力轉換器）這個環節。

▲ CVT作動原理

NCVT之盲點及新一代系統設計
之前NISSAN March NCVT系統為何有如此多的問題存在？毛病就是出在「磁粉式電磁閥乾式離合器」。March在車身停止時，離合器會做動切斷引擎與變速箱間的連結，起步時藉由磁粉電磁閥離合器之柔順銜接性帶動車身，如同手排車一般，只是將駕駛者踩離合器這個動作交由「磁粉式電磁閥乾式離合器」來完成，而換檔的工作交給CVT去完成，理論上相當完美，動力耗損非常小，而且換檔柔順無手排及自排之頓挫感，操作便利，兼具加速快、省油雙重效益。

但「磁粉式電磁閥乾式離合器」這種設計經不起台灣潮濕高溫及市區走走停停的用車環境，磁粉容易結塊而失去做動柔暢的離合器行程，如同開手排車的駕駛不會放離合器一樣，會造成很大的挫動，因為動力銜接失去緩衝，CVT需承受相當大的扭矩，震動在所難免。首當其衝者就是V形槽油壓轉盤，其油壓室外殼組裝結構只是利用內外殼金屬間之精密縫隙及延展性做密接，沒有卡榫、螺絲、阻動環等補強措施，磁粉式電磁閥乾式離合器失效後，經一段時間震動之下外殼銜接處產生鬆動，內部液體外洩造成壓力不足導致換檔不順、鋼帶打滑，最後無法作動！說時在，March新車時是一部相當容易駕馭的小車，原設計理念相當優，但是不夠完美的設計問題扼殺了NCVT的生機。 NCVT使用拉力式鋼帶結構，與INVECS Ⅲ的推力式鋼帶結構不同，NCVT採用數層寬度不同的薄鋼片相結合，焊接非常精密，強度上應付15kgm以下的扭矩還不成問題。所以NCVT的損壞情形並非鋼帶易斷裂，雖然March的扭力不大不會對NCVT鋼帶造成危害，但是中型房車呢？

INVECS Ⅲ使用推擠式鋼帶設計，結構設計請參照圖片，鋼帶由450片「壬」字形鐵片疊合構成，鐵片間並無任何膠黏、焊接，兩邊以兩條平行多層（Lancer9層、Virage12層）複合鋼帶串連所有小鋼片。作動方式由動力輸出油壓轉輪將鋼帶夾緊並推向從動油壓輪產生作用力，並非一般複合鋼帶的拉扯帶動方式，因此能承受30kgm的扭力，基本上不需擔心鋼帶斷裂，而是扭力輸入過大會造成鋼帶與油壓轉輪間的滑動。推擠式的鋼帶機構也是CVT系統的一項突破，就算是大型房車，引擎扭力不超過30kgm也可以使用CVT，日系車市場正是如此。

▲ INVECS Ⅲ動態展示設備

關於INVECS Ⅲ

MITSUBISHI有鑑於磁粉式電磁閥乾式離合器耐久性問題，因此離合機制採用自排車的液壓扭力轉換器。先別認為CVT配上液壓扭力轉換器這樣的設計就沒有看頭，和一般的自排變速箱相較起來，其實兩者差距頗大。INVECS Ⅲ的扭力轉換器僅在時速20km/h以下作動，高過這個速度就轉變成直接傳動（一般自排變速箱要在時速60km/h左右才會鎖定傳動軸，且遇到換檔就會解除鎖定，性能表現上各家車廠設計不一），換檔全部交由CVT去執行，扭力轉換器就派不上用場。此種設計兼顧CVT壽命及低車速時的加速柔順性，但缺點是車速20公里以下會有扭力轉換器的動力耗損問題，起步加速性也比較軟調。INVECS Ⅲ與一般自排系統相同的是：檔位在D時，怠速皆有液壓力道帶動車體，能緩慢前進，倒車亦是。MITSUBISHI認為這樣的設計很方便，無須NCVT一般停車時會切換成空檔。

INVECS Ⅲ在油壓轉輪的外殼設計就有阻動環機構防止漏油。日本原廠設計這顆變速箱時，其耐用度設定就是針對「隨車報銷仍不需維修」的要求，雖然說和自排變速箱比較，兩者都具有液壓扭力轉換器，但是INVECS Ⅲ這套系統扭力轉換器的工作時間相當短，承受的工作量亦少（因為只有在低車速、低轉速工作，耗損自然少），壽命當然較長。而且結構上，INVECS Ⅲ也是採用全密閉式的變速箱機構，原廠強調可「終車免換油」，但是台灣的環境不比日本，還是定期換油比較保險。

INVECS Ⅲ使用三種油：V形槽油壓轉輪內部液壓油（永不更換）、鋼帶與油壓轉輪間的潤滑油（可更換）、扭力轉換器內的自排油（與一般的ATF油相同，無須特殊油品，可更換），原廠建議在台灣的用車環境以定期更換為佳。整個變速箱都是日本原裝進口，國內並無生產。製造過程全部在無塵室進行，這套系統製造上最嚴格之處為精密度（尤其是鋼帶的製程），其實生產成本不高，比傳統自排變速箱便宜，但受限於CVT專利問題以及少量製造，現階段生產成本仍無法降下來。

說到INVECS Ⅲ的手自排模式，說穿了，純粹就是為了操控樂趣而生，因為CVT根本就沒有檔位嘛！因此，如果消費者嫌「六速」手自排不夠，要七速才夠！沒關係，INVECS Ⅲ要做出登山腳踏車之「24」段變速都不成問題，那只會累死駕駛者的右手。這「六檔」是怎來的？就是限制CVT變速齒比而來，各檔位的齒比是可以「調整」的，國產Virage六速手自排檔位設定方式，就是中華汽車的試車人員及工程人員帶著筆記型電腦，一起開著Virage上山下海，沿路不斷用電腦調整各檔齒比，經一段時間測試後再決定最終版本。國產Virage低檔位齒比設定比日本方面更綿密，目的就是希望更運動化及適應台灣用車環境。

▲ INVECS Ⅲ解剖圖點此放大

INVECS Ⅲ實際測試心得
INVECS Ⅲ換檔作動模式和NVCT有點類似，排入D檔全油門踩下去，變速箱在低齒比下先將引擎轉速拉上去之後，轉速將固定在4500rpm左右，再藉由CVT改變齒比來提升車速。因此車速改變，引擎轉速卻不會變（減速時，CVT也會降低齒比），除非車速太低，不然轉速不會下降。換句話說，引擎轉速到達4500rpm前，車速是藉由引擎轉速來提升，到達4500rpm之後，車速是藉由CVT變速機構來改變。這種模式和以往有檔位的自排或手排系統不同，最明顯的就是引擎聲浪不同，使用CVT系統的車輛其排氣聲浪是連續性，聽不到換檔間抑揚頓挫的排氣聲浪，若引擎噪音偏高者，CVT系統會產生不適的連續性引擎噪音，讓車室成員感到不適。當然，Virage的手自排模式下，駕駛者一樣聽得到脈衝式的引擎排氣聲浪。

排入Ds檔全油門前進，引擎轉速會先提升至6000rpm以上，然後再藉由CVT變速機構來提升車速，加速性能優異，山路上的下坡制動效果也非常好，但排氣聲浪吵得有點煩！當然Ds檔只是加速衝刺或需要檔煞時才用得上，沒事不要放Ds檔大腳油門就不會有這麼大的噪音。CVT變速系統的行路性非常平順無頓挫，加速過程順暢，因此不知不覺中很容易超速，因為加速過程無須換檔，因此駕駛者無法感應換檔帶來的加速力道及細微的G值變化。換句話說，加速過程缺乏「檔位」樂趣，除非眼睛盯著速度表，否則不易察覺車速變化。難道這意味著生活過得一帆風順就會顯得無趣！好像在談哲學耶！

INVECS Ⅲ為何要在CVT系統上加入手排模式並非空穴來風。

INVECS Ⅲ在體積上並沒有比傳統自排變速箱小，別以為少了檔位齒輪就能節省體積，因為油壓轉輪體積相當大，而且變速箱旁還有一個油壓泵，使用鍊條帶動，其他還有扭力轉換器、前進檔及倒車檔離合器、終傳齒輪、差速器等。之前試駕Virage就感受到INVECS Ⅲ優異的性能表現，加速性能強悍，油門反應直接（20km/h以下例外），拉轉速如同手排車一般容易，再加速凌厲，手排模式反應相當快，性能表現凌駕同級車之自排變速系統。且使用手排模式時除非排檔技巧很好，不然是拼不過Ds模式的，「無段勝有段」不是嗎？

不過INVECS Ⅲ的加速性能對開習慣自排車的駕駛而言，初期會有一定程度的不適應，而且Virage那顆高轉速取向、非寧靜訴求的引擎特性，搭配INVECS Ⅲ雖然有令人興奮的排氣聲浪及加速感，但是開久了仍會嫌它噪音大。

▲ INVECS Ⅲ架在電動展示台上運轉之情形

INVECS Ⅲ再深入
INVECS Ⅲ有過熱保護措施，一旦變速箱之工作溫度超過100℃，系統馬上轉變成保護模式，引擎及變速箱工作效率將大幅下滑，車輛性能僅止於「會動」而已，此時必須回廠做電腦系統重新設定才能恢復正常。目前原廠仍未處理過類似狀況，而筆者僅在賽車場上見識過類似情形。

原廠表示CVT系統有優異的油耗表現，因為CVT可以將引擎固定在最大扭力轉速工作，也可以固定在低轉速區域工作，無換檔動力空窗期（換檔是會消耗能量的，自排車油門到底強迫降檔更是耗油）。新一代Lancer換上INVECS Ⅲ變速箱，原廠表示省油性更佳。但是省不省油之「罪魁禍首」是車重、引擎設計和駕駛者的右腳。之前試駕Virage，油耗高達每公升8公里甚至更低…，好吧，怪筆者腿太長、油門踩太深（但強調一點，筆者的腿不重！很瘦的啊）。但是別迷信CVT具有絕對省油的保證。

INVECS Ⅲ變速箱上市至今，其回廠檢修機率與一般的自排變速箱一樣，品質上沒有特別糟或特別好。這具變速箱若內部有任何問題，通常都是要整個換掉，因為製造過程都是密閉式的，拆修會有連lash;多衍生問題出現。

未來，CVT將會是一個自排變速箱的趨勢，雖然國人受到NCVT的負面影響太大，普遍認為CVT＝高故障、低耐用度，其他車廠也趁機攻擊對手拿消費者當白老鼠。事實上，CVT用在日本中小型汽車、馬力較低的引擎車系上並無容易耗損之疑慮，成熟度不成問題，耐用度不比一般自排變速箱差。其實一般的速克達機車也是使用機械式無段變速機制，皮帶傳動，靠普力盤作動產生變速作用，結構更精簡，目前仍未被其他系統取代。CVT本身並無耐用度不佳的問題（除非超過其扭力上限或是賽車用途另當別論），實用性與整個系統設計有關。

[ Last edited by fsds on 2006-12-31 at 09:29 AM ]

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