如果單純以拉力來看二種CVT結構,鍊條與鋼帶的抗拉力強度落差相信在10倍以上!畢竟鋼帶上層層堆棧的鋼片並沒有任何抗拉力的功能,僅能靠左右各6~12條又薄又細的鋼帶聯結,並擔負抗拉力的功能,與鍊條的強度設計差異甚遠,簡直就是小蝦米對大鯨魚。但弔詭的是,主流設計是鋼帶而非鍊條,於是乎鋼帶確實具備不為人知的秘密,因此廣受日本一線車廠喜愛,至於鍊條式CVT則是奧迪不願回顧的舊傷口。鋼帶CVT的最大特色,就是鋼帶與V溝雙油壓轉子間,具備極大的接觸面積,極大到底有多大。大約是鍊條式CVT的5~10倍以上,因規格眾多,所以數字方面説不出個準。
但二者的接觸面積落差極大是事實,而認清這個事實後,就可以進一步瞭解鋼帶式CVT的工作原理。因為鋼帶具備接觸面積極大化的優勢,所以在運作原理方面,可以使用推擠的方式傳遞扭力,這也是鋼帶式CVT的最大本錢之一。正因為推擠的思維,可以讓細細一條鋼帶傳輸高達35kgm的最大扭力,如果是靠拉扯方式運作,鋼帶所能傳輸的扭力根本無法達到一半,也就是連17kgm都有困難,應用在豐田Altis1.8身上可能城市被打槍。試想~鋼帶就靠幾條薄鋼帶串聯,搭配精密無縫焊接,這麼脆弱的結構怎麼可能承受引擎拉扯的力量?若不靠推擠方式完全無法做功。
所以鋼片為何要設計成壬字形,就是為了大幅增加與V溝之間的接觸面積增進摩擦力,避免運作過程出現打滑空轉現象,不但浪費能源、瞬間失去加速性能,還會提升變速箱温度,影響使用壽命。也因為是推擠原理,所以鋼帶不用設計得太雄壯威武,可以減輕許多重量與體積,大幅降低轉動慣性,更容易達到節能目的。此外鋼帶也不需要做得像鍊條那麼寬,佔用變速箱體積,更容易搭配橫置引擎。因此鋼帶式CVT堪稱是當代汽車科技中的一項偉大發明,結構雖然簡單,不過設計思維一點也不簡單!
鋼帶式CVT之作動原理比較難懂,但鍊條式CVT就很簡單,一定是用拉扯方式傳遞扭力,所以結構粗壯、重量偏高、慣性偏高、油耗偏高是必要的惡,不過成本並沒有比較高。論及斯巴魯變速箱的勝敗優劣關係,為何一定要搞懂鋼帶與鍊條式CVT的差異?各中關鍵在於摩擦力。沒錯因作動原理迥異,鍊條式CVT都能承受大扭力,但能不能在V溝雙油壓轉子間自由運行、暢快變速,另一個關鍵就是摩擦力。從圖片中,不難看出鋼帶式CVT的接觸面相當大,但鍊條式CVT的接觸面相對小很多。摩擦力看似與摩擦係數及正壓力有關,就物理公式來看,似與接觸面積無關,但在實際應用未必是這樣,接觸面積其實有一定的重要性。
就可靠性來看,工程師通常會偏向加大接觸面積來確保摩擦力無虞,偏偏鍊條就是沒有這方面的優勢。為了確保鍊條不會在V溝內打滑,因此鍊條式CVT必須繃得很緊避免打滑現象發生,通常都比鋼帶式CVT繃得更緊,方能確保摩擦力無虞。反正鍊條很粗勇,不怕被虐被繃緊。但系統為了確保時時刻刻都要繃得很緊,因此鍊條式CVT的油泵必須具備更大的功率,而且經常處於高功率運行,以確保油壓無虞。但是緊繃+高壓硬碰硬難免會出問題,來看看這個衰敗程序一定要維持鍊條高緊繃特性導致高功率油泵催下去導致油温偏高容易劣化產生油泥導致變速箱油混濁散熱效率越來越低。
最後導致油泥阻塞高壓油泵降低運轉效率導致繼續摧殘油泵至死不能休息導致總有一天油壓不足,然後導致鍊條繃不緊導致急加速或爬坡時鍊條打滑後刮傷油壓轉子導致更嚴重的習慣性打滑問題,最後導致習慣性打滑現象會越來越嚴重影響加速質量導致車主抓狂將愛車送去修理。鍊條雖然不會被拉至斷掉、整組報銷,不過習慣性打滑一旦出現,空轉問題將會越來越明顯,總一天車主還是得面對。此外油温偏高還會傷及變速箱的油封、電磁閥與其它相關零件,有時候還沒等到嚴重的慣性打滑問題浮現,變速箱已提前掛點。總之高壓油泵催下去真的不是一個好主意。
所以適度增進換油保養頻率、強化濾芯功能性、增進變速箱散熱效率、提升油路順暢性、改善油泵阻塞情形、使用更好的油品、避免油泵經常處於高功率運行、採用高+低獨立控制雙油壓回路設計,以上大致就是鍊條式CVT必須做的事。瞭解鍊條式CVT的硬傷之後,就可以輕易理解斯巴魯新型變速箱修的改良重點與功效,將傳統的楔形轉子式油泵改為螺旋式設計,楔形轉子雖然可以產生又高又穩定的油壓,但是容易卡油泥影響運轉效率則是致命傷,螺旋式轉子這方面的問題相對輕微,此外運轉震動與噪音也比較低。
提升皮帶端油泵傳動輪的加速比,因為螺璇式轉子必須在更高的轉速下運行才能發揮最佳效率。強化油壓儲存設計,避免油泵持續運轉。增加油泵啓閉電磁閥,讓油泵可以適度休息,避免持續做功導致油温上升;新增油壓感知器,適時啓動油泵運轉,油壓監控更為精準。採用高壓、低壓雙油壓管路獨立控制設計,油壓管控更有效率,並非一味蠻幹以持續性高壓方式催下去。採用輕量化、散熱性更佳的鋁合金油底殼強化變速箱油品質,進化至第三代新配方,提升CVT的減速範圍,概略從17增進至18強化起步反應、高速省油性與靜肅性。
此外CVT變速箱的硬傷可以軟解,這是近年來CVT變速箱的軟件設計新邏輯,那就是模仿傳統AT自動變速箱的換擋模式。話句話説,CVT必須適時捨棄無級變速傳統思維,以有檔位的方式運行,不論是模擬5速、6速、7速、8速都可以,但究竟模仿幾速最好?這沒有一定答案,端視車身重量、行駛環境、加速需求、油耗表現等多方需求,沒有絕對正確與合適的答案。為何CVT要模擬5速、6速等固定檔位方式運行,無級變速不好嗎?首先無級變速會造成引擎運轉噪音與排氣噪音固定在同一個頻率與分貝,反而容易造成駕駛與乘客的不舒適感。
雖然説水平對卧引擎震動與噪音問題相對輕微,很適合搭配CVT,但如果能避開上述問題,舒適性與靜肅性將會更上一層樓。此外不論是鋼帶或是鍊條結構,CVT的運作都需要高、低二種油壓管路,稱為主要壓力與次級壓力,簡單來説,在特定減速比持續運作,也就是鍊條或鋼帶相位不變定在轉子間特定位置持續轉動,此時只需要低油壓就能維持運作,高油壓可以關閉,避免無謂的油壓浪費,因為油壓來源為引擎能量會增壓油耗,減少油壓消耗是好事。如果要擠壓鋼帶或鍊條,也就是要做出減速比變化時,此時高壓油路就會派上用場,還有擠壓CVT的雙油壓轉子其實是很吃力的工作。
尤其是鋼帶式CVT,因為繃得很緊不好推,如果在整個行車過程當中,能大幅降低高壓油路的運作頻率與時間,對於CVT的油温控制、使用壽命、油耗效率,都有正面的影響。相信聰明的小夥伴已經聯想到了,縮減高壓油路運作時間最佳策略之一,就是多多采用固定檔位運行,不要把鋼帶或鍊條一直擠來擠去,浪費能源、徒增油温、減損陽壽。這方法不論是何種品牌、何種車型都適用,其實豐田、本田、日產等一線車廠早就覺醒,以上斯巴魯的修正設計,早就能在這些品牌的新車型上找到蛛絲馬跡,斯巴魯並非獨家與創新,但是更需要以上的改良增進壽命與駕馭樂趣。
至於斯巴魯舊車主如何保護變速箱和引擎?最好的方式就是開車温柔不要太暴力,降低無謂的加速與減速時機,鍊條少一分拉扯就能多一份壽命,此外勤於保養也是重要課題,懶得換油最容易出事情。此外斯巴魯原本的設計就是CVT滿足舒適用途、手動滿足暴力之徒,超暴力玩家請尋求改裝一途,因此暴徒在CVT身上通常都得不到滿足。