無段変速機

無段変速機（CVT）徹底解説

はじめに

無段変速機（Continuously Variable Transmission, CVT）は、エンジンと車輪の間の回転数を連続的に変化させる動力伝達装置です。従来の自動変速機（AT）のように、決まった段数のギアではなく、無限に近い変速比を実現することで、スムーズな加速と燃費向上に貢献します。

CVTの種類

CVTには様々な種類があり、それぞれに特徴があります。主な種類を以下に示します。

摩擦式

ゴムベルト式: ゴムベルトと可変径プーリーを用いて変速します。構造がシンプルでコストが低い反面、耐久性やトルク容量に限界がありましたが、スクーターなど小型車両では現在も主流です。
スチールベルト式: 高強度鋼でできたベルトを使用し、ゴムベルト式に比べ耐久性とトルク容量が向上しました。現在、自動車用CVTの主流となっています。
乾式複合ベルト式: 金属と樹脂の複合素材ベルトを使用し、高い摩擦係数と自己潤滑性を実現することで、耐久性と効率性を高めたタイプです。しかし、トルク容量の制限から普及は限定的でした。
チェーン式: チェーンと可変径プーリーを用いて変速します。スチールベルト式に比べ、低速・高速域での伝達効率に優れますが、騒音が大きくなりがちな点が課題です。
トロイダル式: 円盤と転輪の摩擦を利用して変速する方式。高い伝達効率が期待できる一方、製造が複雑で高コストなため、自動車への搭載は限定的でした。
コーン式: 円錐状のローラーとベルトまたはホイールを用いて変速します。歴史は古く、単純な構造が利点ですが、自動車への搭載はほとんどありません。
遊星式: 遊星歯車機構を用いて変速します。自転車の内装変速機などに用いられています。
フリクションディスク式: 摩擦円板を用いて変速する方式。歴史は古く、現在では特殊な用途に限られています。

摩擦式以外

静油圧式（HST）: エンジンの動力を油圧ポンプで油圧に変換し、油圧モーターで回転力に変換する方式。無段階変速とブレーキ機能を備えますが、伝達効率が低く、ショックが大きくなる可能性があります。農機具や建設機械などに多く用いられています。
油圧機械式（HMT）: HSTと機械的な伝達機構を組み合わせることで、HSTよりも高効率化を目指した方式。遊星歯車機構と組み合わせたものや、流体の反トルクを利用するものなどがあります。二輪車や農業機械などに搭載されています。

CVTの歴史

CVTの開発は古くから行われており、フリクションドライブなどが初期の例として挙げられます。その後、ゴムベルト式、スチールベルト式、トロイダル式など様々な方式が開発されてきました。近年では、燃費向上や運転性能の向上を目指した改良が盛んに行われています。

自動車への応用

CVTは、そのスムーズな変速と燃費向上効果から、多くの自動車に採用されています。特に、小型車やコンパクトカーへの搭載が多いです。しかし、大トルクへの対応や高コストなどが課題となっています。

自動車用CVTの詳細

自動車用CVTは、主にベルト式、チェーン式、トロイダル式が用いられてきました。近年では、燃費向上のため、発進時にギヤを使用する方式や、高速域で動力分割機構を用いる方式などが開発されています。また、運転性能の向上のため、擬似的に段付き変速を再現する制御なども採用されています。

主要メーカーのCVT

日産：エクストロニックCVT　電子制御による高精度な変速制御とトルクコンバーターの採用で、運転性能の向上を実現しました。
トヨタ：ダイレクトシフトCVT　発進時にギヤを使用することで、低速域でのロスを低減し、燃費と加速性能を両立しています。
ダイハツ：D-CVT　高速域で動力分割機構を用いることで、高速走行時の燃費を向上させています。
SUBARU：リニアトロニック 金属チェーン式を採用し、耐久性とトルク容量の両立を図っています。

CVTの長所と短所

長所

変速ショックが少なく、滑らかな走行が可能
エンジンの効率的な回転域を維持し、燃費向上に貢献
部品点数が少なく、小型化に有利
変速制御を最適化することで、燃費や運転感覚の調整が可能
高い伝達効率

短所

高コスト
変速動作中の効率低下
変速比幅が狭い
特有の機械騒音
大トルクへの対応が難しい
アクセルレスポンスの遅れ
運転感覚の違和感（ラバーバンドフィール）
* スナッチ現象

その他用途

CVTは自動車以外にも、バイク、スノーモービル、農機具、建設機械、発電システムなど、様々な分野で利用されています。

結論

CVTは、スムーズな変速と燃費向上という大きなメリットを持つ一方、コストや耐久性、運転感覚といった課題も抱えています。しかし、技術革新によりこれらの課題は徐々に克服されており、今後も様々な分野でCVTの活用が拡大していくと予想されます。

もう一度検索