CVT变速箱的传动效率最低,为何却拥有最好的燃油经济性?

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发表于 2021-11-25 09:55:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着自动变速器的普及、市面上绝大部分的车型都配备了自动变速器,现如今价格15万元以上的车型几乎都配备了自动变速箱;而常见的自动变速箱有AT、DCT以及CVT变速箱,在这三类自动变速箱中、CVT变速器的传动效率最低,但为何都说CVT变速箱更省油呢?

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实际上就是如此,传统的MT(手动)变速器传动效率平均都在92%以上,AT变速器在液力变矩器锁止离合器的加持下、锁止状态传动效率能做到85%以上;DCT(双离合)变速器的本质还是手动变速器、干双的传动效率已经不输手动变速器;只有这CVT既用了液力变矩器,还使用钢带(链)进行摩擦传动,所以效率最高不过80%出头!

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CVT变速器会造成哪方面的损耗

之所以说CVT变速器传动效率不高、主要由两方面造成,其一液力变矩器由于依靠液力传动、所以在车辆起步时必然造成发动机动能的损耗,简单点说与发动机端连接的液力变矩器泵轮转了5圈(假设)、而液力变矩器涡轮可能就转了3圈,这就是液力传动与齿轮传动的差异,涡轮少转的2圈就等同于发动机动能的损耗、也等同于费油!

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当然这一点在AT变速器上也同样如此、因为AT变速器也用到了液力鼓;另一方面则是由于CVT变速器利用摩擦传动,钢带(链)与锥形普利盘之间必然存在打滑,当然这种打滑是微观层面上的打滑(肉眼不可见),而非宏观下的打滑(若CVT出现肉眼可见的滑动只要一次就可以换新机了),如上图左侧轮为主动轮、右为从动轮,运行时主动轮会先夹住钢带(链)、再压紧,而从动轮也会重复这个动作,这样的过程必然伴随着打滑状态(微观),所以造成摩擦损耗!

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都有哪些因素会对油耗造成影响?

实际上会对油耗造成影响的不仅仅是车子的变速箱传动效率、发动机效率,也可以是风阻、滚阻、路况、机油等等因素,这些因素都会对油耗造成影响;也就是说当我们发现某车很省油时或许不仅仅是发动机、变速器的影响,或许这辆车轮胎很窄、或许日常路况不堵车等等,但发动机、变速器对油耗的影响程度很高!

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变速箱传动效率与发动机效率的博弈

如果紧盯着CVT变速器的传动效率不放,那么所得出的结论必定是CVT最费油,因为传动效率低=能量损耗大=更费油,这种思路没有任何问题;但前文已经提到对车辆油耗产生影响的因素不仅仅是变速器,那么我们是不是也要考虑一下发动机、或者说是发动机的效率呢?要知道发动机的效率可是会随着运行状态的改变而不断改变的!

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比如发动机的负荷转速,发动机转速最容易理解、转速越高造成摩擦损耗越大,那么是不是只要转速足够低就行?当然不、还要考虑发动机的负荷(转速可以理解成单位时间内能完成的循环,负荷可以理解成每个循环喷油量的大小),转速可以很低、比如某些老司机为了省油就喜欢高挡低拖,拼命压低转速,转速是压低了、单位时间内的循环减少了,但每循环所喷的油却增加了(维持某一车速行驶时所需要的功率不会因为转速降低而减少)!

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所以一味追求低转速是不可能省油的,简单点说发动机负荷高了不省油、发动机负荷过低也不省油;为什么负荷低也不省油?简单点说用一挡跑40公里时速、转速可能达到5千多转,单位时间内完成的循环多、但每循环喷油量低(负荷低),只不过这过高的转速则导致过多的摩擦功损耗、也导致燃烧的恶化,所以也不省油,理想条件是发动机负荷恰恰适中,而转速落在高效区间内,比如丰田的自然吸气机器在2500转左右时、效率最高!

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在发动机负荷、高效转速、车速之间达到平衡并不容易

我们可以思考一下什么是最省油的理想状态呢?假设预期车速120Km、发动机最高效转速在2500转左右,那么只要保持车速120km时、发动机转速恰好落在高效转速区间、理论上就能获得最高的燃油经济性;但实际中想实现这一点很难,拿6AT为例、大部分车型在120km时,转速会达到2800-3200转左右;那么我们不妨换个思路、如果用8AT来跑呢?用最高挡位拉到2500转、车速会达到130-150km(看具体车型)!

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当然可以通过降低转速、来让车速保持在120千米,但转速又不在高效区间2500了;当然我们还可以用7挡或6挡去跑120km,但转速又比高效区间更高;或许对于一款8AT变速箱而言我们更需要的是7.5挡、也就是介于7挡与8挡之间的传动比,也可能是6.5挡等等,但一款变速箱的挡位是固定的、具备的传动比也是固定的,我们需要介入7、8挡之间的传动比,但没有!在这种情况下,变速器的传动效率或许很高、损耗低,但发动机并没办法保持在最高效转速区间、发动机这边造成的损耗提高了!

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如上图所示,市内行驶时、发动机损耗的能量高达81%,而变速器损耗的能量为5.6%所有,而顺畅公路行驶发动机能量损耗占比也达到了74%、变速器占比5.4%;所以无论是市内、还是郊县公路,对发动机能量损耗量才是导致油耗高低的关键,简单点说无论是95%效率的手动变速器、90%所有的AT变速器(锁止状态)、亦或者是传动效率80%出头的CVT,它们的传动效率差异对油耗的影响是微不足道的,关键看谁能让发动机保持高效

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CVT扮演了一个辅助的角色

为什么说CVT变速器扮演了辅助的角色?道理很简单,因为无论如何改变传动比、CVT都很容易把发动机转速保持在高效区间;如上图所示,CVT变速器改变传动比、利用的是改变锥形普利盘的转动半径,正如上图演示那般(假设蓝为主动轮、红为从动),改变传动比根本不用改变主动轮转速(也等同于发动机转速),只需要改变主动轮、从动轮的转动半径即可!

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也就是说当汽车行驶时、发动机转速可以始终保持在高效区间,当需要改变车速时、只需要调整主动盘(上图左)、从动盘(上图右),改变速度只需调整两轮转动半径,起步、提速阶段主动轮半径小,而从动轮半径大;匀速巡航时主动轮半径大、而从动轮半径小,无论如何改变车速、发动机转速都可以不变(理解成保持在高效区间);上图中也是很明显,传动比虽然在不断改变、但左边的主动轮转速一直不变!
这就是CVT变速器的优势,虽然自身传动效率并不高,比不过AT、更比不过DCT,但它可以让发动机保持高效状态,通过减少发动机能量损耗来起到节油的效果;所以这就是CVT效率最低、但却是理论上最省油变速箱的原因;实际上无论市内公路、还是郊区公路,发动机能量损耗造成的油耗都是高比例的,而变速器传动效率对油耗产生的影响并不明显!

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同样达到120km的时速,5速手动变速器飞度发动机能拉到3800转左右,而CVT版本的飞度却只需要2400转左右,这就是CVT变速器的特点,始终把控着发动机效率、来起到省油的作用,而非AT、DCT变速器总强调的传动效率;实际上AT变速器在短短十几年间从4速发展到10速(更高的也有),也是在模仿CVT变速器的特性,CVT在一定的传动比范围内、可以模拟出无数个挡位,这样做才能让发动机在任何条件下都能保持高效!

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上图是采埃孚9AT各个挡位齿比,而下图则是某6AT的齿轮比;可以看出9AT的各个挡位间齿轮比落差更小,9AT的7挡就像6AT的5挡半一样,更密集的齿比使得AT更加具备这CVT变速器的特性,假设有一款AT、具备无数个挡位、拥有各种传动比,那么这就是一款CVT,所以挡位越多的AT、就越接近CVT的特性、也就更容易维持发动机高效转速!

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所以CVT变速器传动效率真的不高、油泵损失也是最高的,但它却可以辅助发动机保持最佳效率转速;实际上CVT变速器的这一特性也可以应用在赛场上,比如威廉姆斯车队的F1赛车FW15C就配备了CVT变速器、犹如作弊器般强悍,因为CVT变速器可以始终把转速保持在峰值功率区间,只通过改变主动轮、从动轮转动半径改变车速,完成各个弯道,也就是说可以全场保持峰值功率、且动力不存在间断,这就是无敌的存在、最终被国际汽联禁用了!
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