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無段変速機(むだんへんそくき) と呼ばれる (変速比)連続可変トランスミッション (Continuously Variable Transmission: CVT) は、歯車を用いず、摩擦に依って変速比を連続的に変化させる動力伝達機構である。一般にはオートバイや自動車用を指すが、実際にはそれらに限らず、工作機械の軸回転速度を変える機構や発電機の出力を変える機構http://www.cvtcorp.com/eng/howVarigenWork_high.htmlなどにも広く使われている。

摩擦力を介して動力が伝達されるため、一般に大きなトルクの伝達が難しいとされ、古くはオートバイ(なかでもスクーター)などの小排気量エンジンと組み合わされ普及した。自動車用では、許容トルクの問題から、小型車向けの方式と見られてきたが、金属ベルトの改良により、1990年代後半以降は、排気量2000cc超の中型・大型車にも採用されるようになってきた。

この項では主に、上記の摩擦式自動車用無段変速機を中心に、ハイブリッド車の一部に見られる電力式と、流体により駆動力を伝達する、静油圧式について述べる。

◆ 概要

21世紀初頭時点で、一般に実用化されているCVTには、ベルト式CVTとトロイダルCVTの2種類が存在する。前者は比較的低トルクエンジンで軽量な車種に、後者は高トルクエンジンの重量車用に開発された経緯があるのみ。

◆ 長所と短所

◇ 長所

理論上は効率の良い変速機と考えられている。

・ 同じトルク許容量の場合、歯車式有段変速機である従来型の自動変速機(以下「AT」)よりも若干軽量となる。

・ 理論上は変速比の連続可変が可能であり、走行中のあらゆる状況において、エンジン効率の良い回転域のみを使う変速比が設定できる。

・ 変速中の衝撃が無い(無段なのでそもそも変速ショックの表現自体がおかしい)。

・ 歯車式有段変速機と比較して、CVTは構造が簡易で、構成部品点数も少なく済み、コストダウンが可能である。

◇ 短所

熟成の進んだ在来型の歯車式有段自動変速機に対して現状での優位性は顕著とは言えず、積極的に採用し広まりつつあるが、-->日本以外では在来型自動変速機を代替するまでには至っていない。

・日本の自動車会社がCVTが駄目だと分かっていても簡単に撤退できない理由

  ・DSGやAMTが良いと判っていても素早く反応できない会社組織の硬直性があるため、やむを得ず充分に啓蒙されていない消費者に向けて数ある構造的欠陥をひた隠しにして、他のトランスミッションにない無段変速と『カタログ数値上だけの』燃費を全面に押し出してプロパガンダのように宣伝し(メディアもこれらの欠陥を知ってか知らずか、メーカーの説明だけを鵜呑みにした記事を上げている)、一旦投下してしまった資金を躍起になって回収しようとしている(原価償却するまで)節がある。

以上のことから、これからCVTを買う日本の消費者のは、メーカーに『踊らされている』と言える。

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・ 歯車ではなくプーリーとベルトの圧力によって動力が伝達されるため、大トルクが発生する大排気量車や4WD車には採用が少ない[外部リンク] webCG「4WD車にはなぜCVTが設定されない?」。CVTは歯車式有段変速機に比べて、理論上はメリットを備えているが、現実には、常に清浄な潤滑環境を求められる事や、加圧のため複雑な油圧機構を動かすエネルギーロスの存在、ベルトとプーリーの大きな摩擦による発熱を伴った伝達ロスなどの短所をも持ち合わせている。即ち、ベルトとプーリーの摩擦熱はオイルによって冷却している、しかしオイルを用いれば滑る、その滑りを抑える為に高圧をかける、高圧をかけるための余分な力と摩擦熱が発生する、冷やす為にオイルを用いる。つまり、歯車のような噛み合いによらず、あくまで摩擦力で駆動力伝達を図らねばならないという根元のジレンマが、CVT最大の矛盾点と言える。

・ 歯車式有段変速機に比べ歴史が浅く、ノウハウの蓄積が少ないことから、絶対的な耐久性・信頼性が確立されていない。そのため、過酷な使用も想定される商用車に関してはランサーカーゴでの採用例(2WD車のみ)を除けば歯車式有段変速機が採用される事例がほとんどである。

・ エンジン音、あるいはタコメーターの表示と、軸出力・軸回転数がシンクロしないため、歯車式有段変速機に比べ、運転性(ドライバビリティー)が悪い。これは慣れの問題という一面もあり、改良が進んではいるが、勾配などの負荷変動に対する速度維持が難しい点、アクセルオフ時の一瞬の空走(惰行)、低速時の「しゃくり」などの違和感を嫌うユーザーは依然として多い。

・ これも改善されつつあるが、特に小排気量車の場合、加速時やアクセルオフからの再加速の反応では、歯車式有段変速機に劣る。また、過度に反応速度を早めると、速度維持が難しくなるジレンマもある。

・ エンジンブレーキが歯車式有段変速機に比べ掛かりにくいという欠点がある。

・ 金属ベルト式CVTの場合、走行時に金属的な音(セミが鳴いているようなと表現される場合もある)が生じる。静粛性の面で不利になる。

◆ 各種のCVT

古典的な無段変速機としては2枚の円盤を直角に組み合わせ、その円盤の摩擦力により駆動を伝えるフリクションドライブが存在し、20世紀初頭から定置工作機械や、小型の自動車やガソリン機関車などに用いられた。構造は簡単であったが、容積が大きく、空転による動力損失が多いことから、第二次世界大戦以前に廃れた。

◇ ベルト式CVT

  ゴムベルト式CVT

ベルトと可変径プーリーを組み合わせ、ベルトの張力により駆動を伝える無段変速機は、20世紀初頭から存在していたが、当初は伝達できるトルクが小さく、ベルトの耐久性も不十分であったため、スクーターなどの低出力のエンジンを搭載した車両に用いられるのみであった。スクーターの駆動方式では、現代に至るまでこの手法が主流を占めている。

自動車でこの方式を本格的に採用した最初は、オランダのDAF(現在のDAFトラックス)で、自社で開発したゴムベルト式無段変速システム「ヴァリオマチック」を、遠心式クラッチと組み合わせ、1958年に発売した小型車「」に搭載した。

  スチールベルト式CVT

その後1970年代に、DAF社出身のオランダ人ファン・ドールネ(Van Doorne バン・ドーネとも)が耐久性の高いスチールベルト式CVTを開発した。最初に採用したのは、DAFを買収したボルボがオランダ(旧DAF)工場で生産したである。

ファン・ドールネ式CVTは、1980年代以降、フィアット、ローバーをはじめとした欧州メーカーや、日本の富士重工業のECVTや日産のNCVTに採用されて小型車に普及し、CVTの代表的方式となった。

ファン・ドールネ式のCVTベルトは、強靱な特殊鋼数枚を重ね合わせて形成したスチールベルトに、やはり金属製の「コマ」をびっしりと填め込んだものである。プーリーからの駆動力は、隣り合ったコマからコマへの圧力として伝達され、スチールベルトは従属的なガイドとして動作する。ゴムベルト式CVTと決定的に違うのは、ベルトの張力ではなく、コマを押すことによる押力により駆動を伝えることである。

他メーカーも、ファン・ドールネのスチールベルトの製造特許に抵触しない技術で類似した方式を開発したことがあった。大手自動変速機メーカーのボルグ・ワーナーによるチェーン式があったが、こちらは一般化せずに終わっている。

スチールベルト式CVTの登場によって許容トルクは向上したものの、当初はその信頼性や操作性においてやや難があった。しかしファン・ドールネの特許期限が切れて以降は他メーカーの独自技術開発が一気に進み、更なる大排気量・大トルクに対応できるようになり、現在の主流となった。

   日産・エクストロニックCVT

エクストロニックCVTとは、日産の中容量金属ベルト式CVTの商標である。プーリー比を変える油圧を車速や負荷に応じ微細に電子制御するもので、単純な油圧制御に比べ、CVTの欠点であるドライバビリティー(運転性)の悪さを払拭した。

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