top of page
作家相片Jouston Huang

邁向主流:AT自排變速箱機械結構原理及其優缺點分析

已更新:2023年4月10日



自排變速箱因為換檔頓挫小,比較舒適、加上耐用度、油耗等各方面都算是中庸的選擇,一躍而起成為主流的變速箱選擇。但是筆者的路上觀察顯示,還是有許多人不太會使用自排變速箱,經常有錯誤的使用方式。在這系列文章裡,我們主要會討論的是包含扭力轉換器(大陸用語是液力變矩器)形式的自排變速箱為主。另外幾種自排變速箱如乾式或是溼式雙離合自手排變速箱、單離合自手排變速箱,以及CVT形式的自動變速箱,不在此文的討論範圍內。

▲右邊亮白色的就是4AT自排變速箱。目前的狀況是還沒有把傳動軸安裝上去,前工字樑和方向機等裝備也還沒有安裝的狀態。

▲速克達常見的CVT變速箱,在汽車上也有機械原理類似的變速箱。這張圖是拆掉外蓋的,方便讀者看清內部結構。

AT變速箱是指什麼變速箱?又有什麼優缺點?

在台灣,我們一般說的 AT 自排變速箱是指包含扭力轉換器並且採用行星齒輪組來變速的自排變速箱。這種變速箱形式因為相對手排變速箱來說,換檔頓挫較低,人為疏失空間也較小,所以比較舒適,加上耐用度相當不錯,雖然因為傳動效率比較差,油耗略高,但是仍然是目前各方面表現最中庸,實際上也是最好的變速箱機械形式。


許多讀者可能跟我身邊的部份朋友一樣,誤會手排變速箱會更加耐用一點。事實不然,手排變速箱10-12萬公里就需要拆下更換離合器三寶,而自排變速箱一般至少12萬-16萬公里才需要維修,筆者甚至也看過一手車整整開了31萬公里,才需要維修的愛信變速箱,即使是不少人詬病的法系車常用 PSA AL4 / Renault DP0變速箱,在正確保養和使用的情況下,也看過一手車19萬公里才拆下維修的案例。至於手排變速箱內部的齒輪組,跟自排變速箱內的行星齒輪組一樣都很耐用。但是行星齒輪組會更加強悍一點,美國0-4直線加速賽專用的變速箱,常見的配置是超大扭力轉換器加上2檔或是3檔行星齒輪配置,但是變速箱本體做很大顆、很粗勇。採用DCT或是手排變速箱的直線加速賽車相對少有,主要的原因還是換檔速度和可以接受的最大扭力不足的原因。直線加速賽常見的T400 AT變速箱,在內部徹底強化之後,也有可以支援3,500HP的版本。


另外,近年來Getrag、GM、Eaton、Allison、Mobis、Jatco、Magna、ZF、Aisin愛信等廠商的努力之下,9速、10速AT已經成為現實,原本AT受到詬病的油耗、加速性能問題都已經得到了很好的改善。


有些讀者還是會覺得為什麼AT變速箱是最好的變速箱呢?這裡有一個7分多的影片,說明很清楚可以參考:



▲為什麼說AT是最完美的變速箱(Source:YT備胎說車)


▲剛翻修完成的Mitsubishi INVECS 4AT (代號F4A33) 變速箱

AT變速箱的機械結構如何?

AT變速箱的基本結構主要有三個組件:扭力轉換器+變速箱油、行星齒輪組+制動帶/片、電控系統+電磁閥+控油盤。以下稍微說明一下各部的功能。


扭力轉換器+變速箱油


扭力轉換器是AT變速箱裡面最重要的元件了。它最早是在1920年代為了農用拖拉機而設計出來,後來1939-1964之間開始被使用在乘用車中。主要的功能是取代手排變速箱內的離合器,用來允許動力的切斷和接合。AT變速箱內的扭力轉換器也可以用來避免頓挫和變速箱系統過載。

扭力轉換器的原理很簡單,就像是用一個風扇(主動葉輪)吹另外一組沒有動力的風扇(被動葉輪),當一個風扇得到動力開始旋轉吹風的時候,另外那個被動的風扇也會因為受力而開始旋轉。電風扇吹的是風,扭力轉換器吹的是變速箱油。


讀者可能會問,那麼車輛靜止的時候會怎麼樣呢?當入檔狀態下,如果停等紅燈時,煞車踩住,引擎的轉速也會維持在怠速區轉速區間,這時會因為扭力轉換器聰明的葉片設計,主動葉輪的轉速不高時,我們用煞車將被動葉輪固定住,因為轉速不高,不再輸出,但由於能量不滅定律,這時主動葉輪旋轉的能量就轉化為熱能,由變速箱油吸收,再經由冷卻系統散熱。


由於是溼式耦合,主動葉輪和被動葉輪之間可以維持非鎖止狀態,可以讓主動葉輪的轉速高於被動葉輪,以此來創造扭力放大的效果。這個效果在不同的變速箱裡,有著不同的使用方式,例如Mitsubishi F4A33就會在1、2檔都有一個半檔的設計,使得這顆4AT實際上用起來有6AT的效果,讓Savrin其實才2.0的150HP引擎拖著1590KG的超重量級車身,並不顯得笨重。另外搭載在Peugeot 407SW 2.2上的ZF 4HP20則是在2檔額外有個半檔,使得其實才158HP的EW12J4拖動1612KG的重量其實還好。


行星齒輪組+制動帶/片


另外一組系統則是行星齒輪組搭配制動帶,這就是變速箱裡面用來變速的模組,一組行星齒輪組因為固定的齒輪不同,可以提供三組不同的齒比,不只是正轉,也可以提供反轉的齒比。而制動帶的功能,就是用來固定希望能夠固定的齒輪。值得注意的是,本田(Honda)的變速箱因為要避開專利的關係,他們大部分自製的自排變速箱並沒有採用行星齒輪組,而是改用跟手排變速箱一樣的一般齒輪,然後用離合器片來取代制動帶的功能。


電控系統+電磁閥+控油盤


第三組系統則是控制系統,這裡面有電控系統、分油盤、電磁閥,主要的功能是自動切換檔位。傳統的自排變速箱是用輸出軸的時速和變速箱油的壓力來決定檔位,而新一代的變速箱則是非常的聰明,將許多參數放進變速箱電腦運算,例如上下坡度、駕駛者的油門深度、透過方向盤轉動幅度、車身動態等參數猜測最近一段時間的駕駛習慣是偏省油經濟還是偏運動?


這裡有一個8分鐘左右的自動變速箱的運作原理詳解,相當詳細,建議讀者花點時間觀看。



▲自动变速器的工作原理3D(Source:YT Mec_Mon)


▲Mitsubishi INVECS 4AT (代號F4A33) 自排變速箱(駕駛座側)


▲Mitsubishi INVECS 4AT (代號F4A33) 自排變速箱的檔位只有PRND +-




846 次查看0 則留言

Comments


bottom of page