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變速箱運作原理


刊登時間: 2013/05/31

動力傳輸關鍵點
效能提升演化論

即使引擎有再大的馬力輸出,倘若沒有變速箱作為動力傳遞的橋樑,最終仍是無法發揮出最佳效能,因此如何能夠有效避免動力在轉換的過程中損耗過大,加上齒比與馬力確實能夠銜接

手、自排變速箱
效能提升進行式

要驅動車輛行駛除了引擎所提供的動力之外,負責將馬力與扭力傳遞至驅動輪的變速箱則是重要關鍵,為了適應不同的行駛速度下對轉速與扭矩組合的不同要求,通常起步時需要低轉速能有高扭力的表現,然而在高速行駛時則需要高轉速低扭力。然而隨著日常生活便利所需與科技的演變,變速箱型式也由早期手排變速箱發展出包含自排變速箱、CVT無段變速箱、雙離合器變速箱甚至是賽事常見的序列式變速箱。

當引擎壓榨出所需動力的同時,負責將馬力與扭力傳遞至驅動輪的變速箱則是重要關鍵

雖然就操作便利性而言,手排變速箱「稍微」複雜的換檔過程只剩下一群熱血車主所接受,但是就耐用度與動力轉換效能上,由於手排變速箱單純主要由齒輪和軸組成,通過不同的齒輪組合產生而變速與扭矩,因此無論是市面上常見的五速或六速手排變速箱皆是採用相同原理,而且在簡單構造的基礎下也成為不少性能改裝車首選。
然而為了增加平時使用的便利與舒適性,因此隨後演變的自排變速箱則是採用扭力轉換器、行星齒輪和液壓操縱系統組成,通過液壓油傳遞和齒輪組合的方式來達到速度與扭力的轉換。其中扭力轉換器是自排變速箱最具特點的部件,將引擎扭力轉換成液壓來推動變速箱內的各項機構轉動,同時也是取代手排變速箱離合器片組的一項重要零件。由於扭力轉換器內的動力傳遞方式是透過兩組葉片與自排油壓所完成,其原理就像兩組相對電風扇一樣,一組啟動(引擎端),另一組即便沒有電力也可跟著一起轉動(變速箱端)。

為了追求日常生活使用的便利性,手排這個代名詞也只剩下一群熱血玩家所推崇的硬派指標。

而原本負責傳遞風力的空氣,在扭力轉換器內則改由效率更佳的自排油來負責傳遞液壓動力,在引擎曲軸並未與變速箱直接連動的情況下,才能讓引擎在靜止時不會發生熄火問題。不過雖然自排變速箱能夠在換檔過程中減少駕駛繁雜的操作程序,但是扭力轉換器在液壓傳輸過程中還是會較手排變速箱流失引擎原有的動能,因此如何以檔位配置來提升效能也是目前自排變速箱的唯一發展方向。

因應小排氣量引擎所需的輕量化與體積小的方向,採用CVT無段變速箱正好可應付動力小的車輛,不過隨著鋼帶材質與強度的提升,也有愈來愈多車款逐漸採用。

為了兼顧自排的便利性與手排的換檔效能,因此在手排變速箱的概念下1996~1997年Ferrari與BMW還曾分別推出以電子化控制的自手排系統,在變速箱在架構還是傳統手排形式,但是駕駛卻不再需要以左腳來控制離合器進行檔位切換,完全交由電子系統進行切換,在具備可模擬自排變速箱的功能,又可以方便駕駛操作與提高換檔效能,因此不少主流性能車型也紛紛改採相似的自手排系統。

雖然自排變速箱有動力耗損的缺失,不過目前最新推出的八速自排變速箱也大幅改善以往的缺失。

隨著科技與技術突破的演進,擁有效能與便利性的雙離合器變速箱已逐漸成為性能車款必備的利器。

除了市售車輛所搭載的變速箱類型,作為競技強度更高的賽事則是採用序列式變速箱,目前在國內賽事逐漸興盛條件下也有不少廠車陸續使用。

面對使用便利性為第一考量的情況下,現在要能夠在路上看到純手排的車輛比起超跑已經算是相當難得。

採用扭力轉換器的自排變速箱目前仍是車輛使用的最大宗,透過扭力轉換器內的動力傳遞方式以兩組葉片與自排油壓完成換檔。

變速箱雖然還是傳統手排架構與形式,但是駕駛卻不再需要以左腳來控制離合器進行檔位切換,而這也是90年代末期最具性能代表的自手排系統。

由於CVT無段變速箱早期所採用的皮帶材質強度不足,因此不僅只能作為小排氣量車所使用,耐用度也遠不及後來所改良的鋼帶材質。