如何科学地吹捧CVT变速箱

前段时间,Jatco广州分公司迎来了自己的十周年,邀请我参观Jatco广州工厂,我自己是骐达车主,骐达用的就是Jatco提供的CVT变速箱,Jatco也算是我的半个“娘家”吧,所以就欣然应允了。

现在变速箱技术发展飞快,双离合变速箱、多挡位变速箱的趋势越发明显,然而我依然认为1.0~2.5这个排量区间(更准确来说应该是100~250Nm扭矩区间),最适用的变速箱形态是CVT。

评价变速箱性能常用两个指标,传动比范围和挡位细腻度。在这两个环节,有着无可比拟的优势,甚至是作弊一般的存在。更不用说CVT变速箱根本就不需要讨论换挡平顺性这个事实了。

 要扩大变速箱的变速比范围的做法有两个,要么就拉宽相邻挡位的传动比率,要么增加挡位数。这就像设计一道通往更高处的楼梯,要么增加阶梯的步进高度,要么增加阶梯数。但前一种做法爬起来很吃力,相邻挡位落差太大,换挡平顺性也很难照顾得到,例如爱信4AT就是吃了挡位数量有限的亏;后一种做法爬起来比较轻松,但制造楼梯的复杂度就增加了,多挡位变速箱,增加零件数的同时又要控制体积,设计难度大,成本必然上升。

但对于CVT变速箱来说,宽传动比就比较容易实现了。而且CVT的原理就决定了CVT根本不存在挡位落差的问题,这样就算传动范围加大了,“换挡”品质(其实CVT并没有换挡的概念)也不会受到影响。

传动比范围,以Jatco的CVT7 W/R(Wide Range=宽速比)为例,是拉大了副变速箱(就像变速自行车的牙盘也能变速)的两个传动比,于是将变速比放大到8.7,一个传统AT变速箱用9个挡位都不容易实现的超大齿比范围。与此同时,CVT7 W/R还能够控制好变速箱的总体积。

拥有宽齿比,最大的好处就是,低速时可以有更强的减速增扭效果,提速轻快;匀速行驶工况可以尽可能压低发动机转速,降低匀速巡航油耗。不过降低传动比也有边际效应,在6.0到8.5之间对油耗的改善效果非常明显,超过8.5之后,传动比对高速巡航燃油经济性的贡献就没那么大了。

理论分析归理论分析,接下来我们上更多干货,科学地论证CVT怎么迎合消费者的需求,吹也要吹得有理有据。

首先,小排量发动机用家,对油耗和动力响应性是最敏感的。油耗比较好理解,使用这种小排量低动力发动机的车型,本身定位就是经济适用型小车,车主对用车成本相对比较敏感,油耗自然是越低越好。需要提速的时候,对于大功率发动机来说,就算油门反应慢半拍,足够的动力储备还是能把该干的事情干完,是快船就不怕慢开;但对于小功率发动机来说,动力响应及时更重要,所谓的笨鸟必须先飞嘛。

 那么CVT是怎么做到低油耗和快响应呢?

 低油耗,除了刚才说到的宽泛传动比带来的低巡航转速之外,在多变工况下,CVT也能发挥作用。

 下面请看一张比毕加索的油画还抽象的图,有点像等高线地图。简单来说这是一副发动机的燃效分布图。颜色越接近红色燃效越高,表示在输出相同功率的情况下需要消耗的燃油越少。丰田和本田的混合动力系统之所以省油,就是因为系统可以让发动机一直工作在高燃效区间(图中红色区域内)。

然后大家在图中找一条粉红色色的线。它的定义,就是“发动机输出不同功率的最佳燃效工作点的集合”。用人话来说,黑线上的每一个点,都是输出相应功率下最省油的工况。如果有任何一套变速箱,能够让发动机的工况越接近这条黑线,这套变速箱的省油本领越强。

 对于有n个挡位的变速箱来说,车速和发动机一共有n组对应关系。所以大家不难想象,发动机在实际工作情况下,只能与这条黑线做有限次相交,而无法长期重合。有限挡位变速箱的多挡位趋势,除了是为了让挡位之间衔接更加紧密之外,还有一个很重要的目的,就是为了让发动机可以更接近分红色线。

 而对CVT变速箱来说,因为发动机转速和车速不存在线性关系,用专业一点的话来说就是“解耦”了,发动机终于不受车速限制,可以放飞自我啦。于是,CVT就可以让发动机一直在粉红色线边上蹭来蹭去,刷油耗。

 对小排量发动机来说,稍微提速也经常需要降挡甚至是一次降多个挡来获得更多动力。但是如果发动机匹配的是有挡位的变速箱,降挡时发动机会从某个工作转速瞬间拉升到某一个转速,就会出现由于发动机转速突然拉升而导致的顿挫,就算降挡逻辑处理得比较好,也会有轻微的拉扯感。降挡品质和降挡的速度通常无法同时兼顾。

 对CVT来说,kick down的动作并不像有挡位变速箱那样发动机转速像上台阶一般,只能从一个点“跳跃”到另一个点,而是像走斜坡那样可以实现平顺变化,所以kick down的过程也可以更加顺滑。这个先天优势可以让CVT变速箱“任性”地实现快速kick down。不服的各有机会可以试试斯巴鲁现款的2.5车型、本田雅阁2.0,动力响应好到让人无从投诉。

当然,CVT变速箱虽然这么好,但也有明显的局限性。能对应的发动机扭矩输出范围也比较有限,最大不能超过350Nm,在小排量高扭矩特性的涡轮增压发动机大行其道的当下,适配的范围有点窄。就像全新一代的奥迪A4L,就是因为其2.0T高功率版本扭矩达到370Nm而无法匹配CVT。

 此外,CVT变速箱看似结构简单,但是要想做出一副好的CVT并不简单,这导致世界上能做出优秀CVT变速箱的企业也就那几家。

其中,负责实现无级变速的带轮,是CVT的核心技术。摩擦面肩负着传递扭矩、改变传动比这两个相互矛盾的职责,前者需要高摩擦力,后者需要一定的润滑性能。

 于是:带轮的压紧力要恰到好处,钢带既要绷得住又不能卡死;带轮表面加工粗糙度既要快速挤出变速箱油实现高效传动;又要在变速的时候让钢带可以自由飞奔;靠两个摩擦面相互接触而不是齿轮啮合这种高效结构,带轮既要耐磨,保证几十万公里的行驶里程,带轮本身还要有很强的刚性,以Jatco为例,热处理阶段要对带轮进行真空渗碳……

CVT虽然可以解放发动机,但是发动机的匹配难度也随之而上升,内部消化也就是最好的出路了。Jatco的CVT产量就占据全球37%的份额,供货给日产、三菱、铃木和纳智捷;丰田(包括爱信)、本田、斯巴鲁,乃至奇瑞,也是自产自销的节奏。相对封闭的开发环境,才能实现发动机和变速箱的最佳配合。例如Jatco的CVT7 W/R,就是Jatco广州分公司专门为中国市场开发的,用来匹配日产HR16的1.6发动机,来进一步改善日产1.6车型的燃油经济性。

 不过CVT也并非完美,CVT声音单调乏味,没有韵律感,这也许是我对CVT唯一不满的了。但是我自己想得很明白,家用车是不需要高潮迭起的发动机咆哮的。

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