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一直想找一篇圖文並茂的變速箱原理介紹文, 這篇的確很不錯, 借來分享一下!
一台速度機器不管適用來代步的小瑪曲, 還是性能至上的跑車也好, 想讓它們跑在路上, 除了來自引擎的動力外, 還有負責傳遞動力的傳動系統, 而在這中間的傳遞媒介, 就是我們俗稱米兇的變速箱, 目前變速箱大抵上可分為以下幾種
手排
自手排
自排
手自排
CVT
就先從每個人考駕照的必經之路 (也是某些人的夢厭) 手排 開始說起好了
手排系統
引擎要如何將動力轉換成動能? 當燃料在引擎汽缸裡燃燒爆炸後, 進而產生一股衝力(動能), 推動著活塞活塞的一端連接曲軸, 當活塞動作時, 曲軸也會跟著作動(轉動), 曲軸受到活塞連桿的牽引力後, 產生動能以上是引擎的部分, 就算產生了動能, 如果沒有把這股動能傳到車輪上, 使其轉動那動能再大, 也一點用處也沒有, 所以為了讓引擎所產生的動能轉化為速度, 變速箱的存在有絕對的必要
手排車才有的三個踏板 由左至右
離合器踏板 / 煞車踏板 / 油門踏板
相信許多考過駕照的朋友, 也經歷過駕訓班的尷尬期吧(笑~), 換檔要踩離合器, 藉著暫時將動力切離, 以便變速箱達到換檔的目的, 入檔後, 將離合器接合, 再度傳遞動力, 這就是手排車, 雖然麻煩但所輸出的動力卻能忠實的化為速度
手排變速箱結構圖
手排變速箱的基本結構大致如下
1. 離合器
也就是我們暱稱為”苦拉機”的零件
整個離合器是由
彈簧壓片 離合器來令片 以及 飛輪 組合成
用來切開引擎與變速箱的動力傳輸
2. 變速箱主軸與副軸
主.副軸的功能是負責傳遞動力
由主軸接收引擎曲軸產生的動能 然後
副軸是將主軸所接收的動能輸出
R35 改成手排 以求更直接的動力傳輸
3.主軸與副軸的檔位齒輪
想要將動能轉換成檔位的區間速度, 就要靠主.副軸上的檔位齒輪, 一個檔位有兩個齒輪, 一個在主軸上, 另一個在副軸上,在換檔動作時, 駕駛人透過排檔桿所連接的連桿(或鋼索)撥叉,來鎖定位於檔位齒輪間的同步齒輪,讓檔位齒輪能進行傳遞動力的工作,主軸與副軸呈現順.逆方向轉動來傳遞動能,只有倒檔( R檔 ) 例外,多了個反轉齒輪, 在排入倒檔時, 反轉齒輪便會接合在逆向軸上,讓主.副兩軸同時轉動 ,來達到倒檔的目的
同屬手排結構的兩種型式
上：純手排
下：雙離合器自手排結構
4. 齒輪同步器
雙重離合器( Double Clutch )相信很多朋友都聽過這個名詞, 聽起來好像很炫, 但實際上不過就是採了兩次離合器, 所以才叫 ’雙重離合器’, 前述提到在主.副軸上各有檔位齒輪, 且每個檔位齒輪均可獨立轉動 (不然怎麼製造速度), 但是前一個檔位齒輪轉動時, 並不會帶動下一個(或上一個) 檔位齒輪, 所以在使用檔, 跟 預備換檔所使用的檔位間( N檔 ), 預先讓引擎提高轉速, 來促使變速箱主軸轉速提升連同帶動預備使用的檔位齒輪轉速使其與正在使用的檔位齒輪轉速同步藉此達到流暢的換檔動作, 因為換一個檔位要採兩次離合器, 故此又叫作”雙重離合器”, 但是這樣太麻煩, 跟人家”尬車”時, 當你還在提高轉速人家早就揚長而去了~ , 所以為了解決這種窘境 , 就有了”齒輪同步器”的產生
齒輪同步器是安裝在檔位齒輪之間
藉著齒輪同步器來鎖定主軸與副軸 讓檔位齒輪可以持續空轉
減少了引擎提速的動作 來達到快速換檔的目的
變速箱的結構大致上就是這樣
所以傳遞動力的路徑如下:
引擎製造動力 > 曲軸轉成動能 > 變速箱分配動能輸出 >
車輪差速器 . 傳動軸 > 車輪
自排系統
自動變速箱的現世, 讓人類在交通工具的使用上帶來不少便利性,但是複雜的結構 ,使其保養維修都要格外用心,不若手排需要主副軸來控制動力輸出,自排系統則是由一根連接引擎曲軸的中心軸 ,貫穿整個變速箱本體
其中動力傳遞過程為 :
引擎曲軸 (製造動力)
V
扭力轉換器 (依檔位分配所需動力輸出)
V
行星齒輪機構 (模擬檔位)
V
後差速器傳送動力至輪胎 (化為速度)
自排系統的關鍵在 “扭力轉換器“ , 扭力轉換器的角色就如手排的離合器一樣, 負責傳送, 切斷動力的供給, 扭力轉換器的構造有點像渦輪機構, 在扭力轉換器裡有一組 主動葉輪(排器渦)與被動葉輪(進氣渦) ,而使其轉動的媒介, 則由引擎廢氣, 改為ATF自排油
扭力轉換器結構圖
引擎曲軸作動時, 帶動了主動葉輪與自排油向被動葉輪推擠 (自排油會開始在扭力轉換器裡循環流動), 被動葉輪在受到牽動後開始作動 ,然後將動力向後傳遞置行星齒輪組, 行星齒輪組就如同手排機構裡的檔位齒輪, 負責製造區間速度 ,不像手排機構有獨立的檔位, 齒輪行星齒輪是由多個齒輪組合而成, 其運作的方式就像行星一樣的週轉, 故稱為行星齒輪
行星齒輪組結構由內而外如下:
中心齒輪 行星齒輪 以及 環(內)齒輪
中心齒輪又名太陽齒輪 而行星齒輪就繞著中心齒輪旋轉
最外圍的環齒輪 就等同是行星齒輪與中心齒輪的外殼
包著行星齒輪與中心齒輪
那要如何轉換檔位速度?
上述提到
行星齒輪是繞著中心齒輪在運轉
藉著鎖定或轉動其中部份的行星齒輪
來達到所需求的檔位速度 包括 加 減速 甚至倒檔(R檔)
再將所得到的動力輸出 成為特定的檔位速度
而且 , 在變換速度時, 行星齒輪組中的各齒輪位置不會改變 , 所以不用像手排機構需要換檔撥叉變換齒輪來換檔, 也因此有比較順暢的換檔感覺, 也造就自排的便利性 ,一整個自排變速箱就像是一個龐大的液壓系統,既然是"自動換檔" 想當然是靠著行車電腦來提供數位訊號給予"指令" ,依照油門的深淺 ,透過數位訊號轉換 ,來達到變速箱不同的作動方式
不同樣式但相同功能的自排系統
自手排與手自排
有時候在看一些汽車廣告時 會看到內容介紹車子上有
手自排 或 自手排 系統
雖然都有個 "自" 字 但其構造可是差很多
上面已經介紹過手排跟自排 相信也應該有些許了解
手自排與自手排 就是這兩種系統的延伸而已
先來看自手排, 手排車要換檔需要腳踩離合器 , 將動力暫時切離, 才能換檔但動作再快再流利, 還是有一小段"空窗期" ,如果把 "腳踩" 這個動作改為電腦控制 , 那換檔速度豈不是更快?! 加入了由電子液壓控制的離合器, 再由電磁閥接收加使人所發出的 檔位, 油門等數位訊號, 就像自排車一樣 , 完全不用到左腳
最近最熱門的話題, 就是 雙離合器自手排系統, 在原本的手排系統中, 有主軸跟副軸負責變速齒輪, 雖然速度不慢 , 但就是有換檔遲滯的現象, 再加入了"第二支"副軸, 跟第二離合器讓單數檔(1.3. 5 檔) 跟 雙數檔 ( 2.4 或 6 檔) 分開執行減少換檔的時間差, 加速了換檔的時間, 車子的加速就能略勝一籌
紅色部分是第一離合器
綠色部分是第二離合器
當變速箱在一檔時(第一離合器)
二檔(第二離合器) 就準備銜接一檔
所以才造就換檔不間斷的速度
目前最常看見的自手排系統
搭載在 福斯車系的 DSG ( Direct Shift Gearbox ) 雙離合器自手排系統
搭載在 BMW 車系上的自手排系統
可以看到排檔座上已經沒有任何鋼索或撥叉
只有感應器來給予"指令"
其他就交給電腦去執行
保留了手排的動力輸出, 也有自排的便利性, 既然這麼行, 為何不見車廠相繼使用?! 因為成本使然 , 雖然自手排的基本結構跟手排無異 , 但加入了大量的電子感應器 , 以及電磁閥液壓系統結構複雜的構造, 直接提升變速箱的製作成本, 也間接考驗車廠的技術層面, 就算本身就是高科技 ,高技術的車廠也不見得旗下車款都搭載同樣的變速系統
保持捷 PDK 變速箱變給你看~
一切以成本為考量, 這也就是自手排一直無法普及的因素, 但不可諱言的是自手排的便利性的確衝擊到手排車市場, 雖然目前礙於技術突破, 但有一天手排車可能只會出現在商用車上了
自排變速箱的進化 手自排變速箱
傳統的自排變速箱是以液壓機構的油壓切換閥
來控制檔位及輸出的動力
不僅會"消耗"些許馬力 而且也無法以手動方式換檔
頂多就是從排檔桿以"固定"的方式來鎖定檔位
當扭力轉換器換成多片式離合器片 也代表自排系統更上一層樓
近年來車廠陸續推出新型的自排變速系統, 雖然還是以扭力轉換器來傳遞動力, 但油壓閥卻改以電子控制的方式, 不但減少扭力轉換器所消耗的動力 , 也讓換檔的指令更快更迅速
更簡化的排檔方式 但該有的功能一個也沒有少
不僅如此
還加入了模擬檔位的新功能 創造出類手排功能
也就是所謂的手自排系統
藉由增加多組行星齒輪 以作出五速 六速 甚至八速
的手自排系統
讓單純依照轉速與速度來換檔的自排系統
也能有手排般的熱血駕馭!!
看這個行星齒輪 凌志的八速自排系統
CVT 無段變速系統
雖然新世代的手自排變速箱在使用上已經非常方便, 是以液壓機構傳遞動力, 動力輸出其實不是很完整, 了保有自排的便利性, 擁有手排的自主性, 展出名為 CVT Continuously Variable Transmission 無段變速系統, 何稱為無段? 真的沒有段落嗎? CVT 變速箱中的傳遞動力機構, 實在你我身邊的交通工具中也有類似的構造, 個交通工具就是你我家中都有的速克達
CVT 變速箱構造也很簡單
沒有手排變速箱的齒輪機構
也沒有自排變速箱複雜的扭力轉換液壓系統
純粹靠著”錐盤” 與 ”鍊帶” 來製造區間速度
CVT 變速機構有動力輸入軸與動力輸出軸
這兩個轉軸上 各有一對錐盤
錐盤的中間則有鍊帶來傳遞動力
輸入軸帶動鍊帶 再由鍊帶帶動輸出軸 將動力化為驅動力
CVT 的作動方式是這樣的 :
錐盤是以”前後” 方式移動 而鍊帶則是”上下”移動
當引擎曲軸傳遞動力致輸入軸時 錐盤就會在液壓機構的驅動下
逐漸靠攏
這時在錐盤中心的鍊帶 在受到兩個錐盤靠近擠壓的關係
就會開始”向上”移動
另一方面
原本怠速時位子在輸出軸錐盤邊緣的鍊帶
在受到輸入軸錐盤作動後
也會開始”向下”移動 與輸入軸錐盤鍊帶呈現相對位子移動
一個向上 一個向下
來完成傳遞動力速度的任務
上述的過程, 都是在同一時間下進行, 也就是如此 , 才造就 CVT 無段的變速原理, 但如果只有油門跟煞車就太無趣了, 彷彿在騎 ”四輪的” 速克達, 所以車廠的工程師門位CVT 變速加入了模擬檔位, 藉由輸位訊號來固定鍊帶在錐盤上的位子, 以創造出類檔位的感覺讓駕駛人多點自主性的駕馭風格
個人在展示間試乘過 Lancer io 2.0, 得到業務的允許後, 在一段比較沒車的路段小試一下加速, 先以30公里的車速滑行時, 重踩油門, 車速猛然提升但無任何變速箱換檔的感覺, 就連轉速表上的指針也不見車速提升而有落差 反而是”定”在約 6000 轉左右,加速約至100公里誓放開油門, 速度逐漸慢下來沒有檔煞的感覺, 這也意味著不能用檔煞來降低車速?!
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圖為同款車型
回程時改用手排模式
在退檔時的確有些許的檔煞感 但加速卻變得”頓頓的”
不太流暢
雖然如此 CVT 的試駕 那種平滑 順暢的感覺
確實讓我留下蠻好的印像
換檔撥片不錯用 幾乎是一種流行趨勢
在D 檔時 隨時可切換手排模式 很適合超車或急加速用
CVT 的傳輸效率既然那麼好, 為何也不見高普及率? 因為耐用度的關係, 其中的罩門就是那傳遞動力的鍊帶, 只要有改裝過速克達的朋友, 大概都會遇過機車的馬力或扭力一提升, 皮帶就常常斷掉, 有時還會造成曲軸斷裂, 汽車的CVT也是如此, 在同級車中 CVT 車型會有較好的動力輸出, 但只要一改裝提升馬力等, 耐用度就遠遜於使用齒輪變速箱的車型, 目前有些車廠嘗試以較強韌的材質或改變鍊帶的形狀來達到長時間, 耐用的目的,但基本上還是受限於最大扭力輸出,也因此 CVT 還是沒有高普及率, 也僅出現在一些特定車種上,相信隨著科技進步 CVT 的發展也能有所突破
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