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CVT車とは。故障やデメリット、CVTフルード(オイル)の交換

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CVT車とは。故障やデメリット、CVTフルード(オイル)の交換

CVT(Continuously Variable Transmission)は、近年、乗用車を中心に急速に普及した変速機です。オートマチックトランスミッション(AT)車と同様に、アクセルペダルとブレーキペダルの2ペダルのみでクラッチペダルはありませんので、運転操作はAT車と変わりません。
しかし、仕組みはまったく異なるものです。そもそもCVT車とはどのような仕組みで走行可能になっているのか、エンジンとギアの制御操作を行うトランスミッションの一種であるCVTの構造と仕組みをご紹介します。

CVTは「プーリーとベルト」で変速する

CVTは「プーリーとベルト」で変速する

CVTにはベルト式、チェーン式、トロイダル式など構造の違いによって種類はありますが、主流は金属ベルト式です。
別名「無段変速機」という呼び方があるように、CVTには、MTやATのような変速ギア(歯車)はありません。2つひと組のプーリー(滑車)と、それを結ぶ金属製ベルトのはたらきで変速を行っています。

CVTのしくみ

CVTの原理は「プーリー(滑車)の幅を変えることによって変速する」ことです。プーリーは2つひと組で、エンジンの回転を伝える回転軸と、車輪に駆動力を伝える駆動軸にひとつずつ取り付けられています。この2つのプーリーがベルトでしっかりと結ばれ、プーリーもベルトを強い力で挟みこんでおり、エンジンの回転軸のプーリーの回転に応じて摩擦力が発生すると、ベルトを介して駆動軸のプーリーが回転、その力が駆動力となって車輪を回します。

しかし、このままでは、伝えられる駆動力は一定で変速はできませんので、「動力を伝達させながら、プーリーの幅を連続的に変える」ことによって、変速を実現させているのです。

プーリーの構造とその働き

CVTのプーリーはふたつの円錐状の部品が向かい合っている構造になっています。おもちゃのコマがふたつ、尖ったほう同士が向き合い一本の軸にはめられているとイメージしていただければよいでしょう。このふたつのピースが、油圧のはたらきで離れたりくっついたりします。

ふたつの円錐状の部品が離れているときは、プーリーの幅が広くなりますから、ベルトが中心近くまで深くかかり、プーリーの直径は小さくなるのと同じ効果があります。逆にふたつの部品が近くなると、ベルトはプーリーの外側に向かってせり出し、プーリーの直径が大きくなったのと同じ効果が生まれます。このようにベルトの軌道直径を変更させることで、それに伴う動力伝達を「無段階」つまり滑らかに変更することができます。

エンジン回転軸と駆動軸のプーリーは双方が直径の大きさを変え、必要な速度、必要な力に応じて双方の直径の大きさを変化させることで、駆動軸に伝わる回転数と回転力を調整できるのです。

プーリーによる変速の原理は

プーリーによる変速の原理は

エンジン側のプーリーの直径が小さく、駆動軸側のプーリーが大きいときには、起動に必要な大きな力を出すことができます。スピードが乗ってくると、エンジン側のプーリーの直径はだんだん大きく、駆動軸側のプーリーの直径はだんだん小さくなり、エンジン側プーリーの直径が最大に、駆動軸側プーリーの直径が最小になったときが、一番スピードが出るレンジになることになります。

このプーリーのはたらきは、自転車のギアチェンジによく似ています。自転車ではペダル軸のギア(チェーンリング)と、後輪のギア(スプロケット)とがチェーンで結ばれており、ペダルを漕ぐとその力がチェーンリングを回し、チェーンによってその力がスプロケットに伝わって車輪を回します。スプロケットにはギアが複数枚セットされていて、レバー操作をすることで、チェーンがいま噛み合っているギアからはずれて次のギアに移ることで歯車比が変わり、変速します。

走り出しや坂道では、後輪のギアを大きな(=歯数の多い)ギアに入れると、速度は出ないものの、楽に、軽い力で走り出すことができます。速度が上がるとともにギアを切り替えていき、最終段の一番小さな(=歯数の少ない)ギアに入れると、一番スピードが出ます。理屈のうえでは、漕ぎ出しからトップスピードまで、脚の力は一定のままで走れることになります。

この自転車の変速ギアの機能が、自動的に大きくなったり小さくなったりと、ひと組の滑車で構成されているのが、CVTのしくみなのです。

軽い動力伝達から進化してきたCVT

軽い動力伝達から進化してきたCVT

もともとCVTは、スクーターや原動機付自転車、そして軽自動車など、エンジンの出力が小さな車から普及が始まりました。当初、ベルトの強度が大きな回転力・駆動力を生み出すエンジンには耐えられず、またベルトとプーリーの間がスリップするなどパワー伝達のロスも大きく、乗用車以上の自動車には向かないとされていました。

動力伝達に密接に関係している摩擦力の制御もCVTの進化に大きく関連しています。プーリーとベルトは摩擦によって動力が伝わる一方で、変速の際にはプーリーの直径が変わるときにベルトが摩擦によってスリップすることで位置を変えることができます。
ATではエンジンの回転軸と駆動軸の間にトルクコンバーターが入ってスリップすることで回転のずれを吸収し、MTでは運転者によるクラッチペダル操作で半クラッチ状態にスリップさせることでスムーズな変速が実現できますが、その一方で、スリップ自体は動力の伝達ロスなので効率が悪くなります。
最初の頃のベルトはどうしてもゆるみが出て、常にスリップする状態となり、大出力のエンジンの力を伝達するには不向きとされてきました。

しかし、技術開発が進んでベルトの形状や強度が増し、あるいは大出力エンジン用に強化されたベルトが開発されたため、大出力のエンジンでも十分に対応できるようになり、いまやCVTは、一般の乗用車からSUVにまで普及しています。
また、CVTの連続的に変速する特性は、比較的道路交通の速度が低く、ゴーストップのための加減速の多い環境に向いているため、日本で普及してきたという経緯があります。
一方、移動距離が長く、高速で走ることの多いーーすなわち変速の機会が少ない欧州では、MTやATの最終ギアに入れたままの状態で事足りる場合が多いのか、それほど普及していません。

エンジンを効率よく使えるのがCVTのメリット

エンジンを効率よく使えるのがCVTのメリット

CVTは、このプーリーとベルトによるしくみとエンジンの電子制御スロットルの組み合わせによって、エンジンの回転数を一定に保ったまま速度を自在に調整することができます。この特性は、変速ギアがついた自転車が、ペダルを漕ぐ脚の力が一定のまま速度を変えていけるように、エンジンの回転数を変える必要がなくなります。

エンジンの回転数を上げたり下げたりしなければ燃費はよくなり、また、高速道路や坂道などの必要に応じて、エンジンの特性上効率が最もよい、あるいは力の出る回転数を選べるメリットがあります(もちろんこれは理論上の話で、実際に走らせればエンジンの回転数の揺れ幅は出てきます)。また、MTやATのように、トランスミッションに何種類もの変速ギアがない分、車重が軽くなるというメリットもあります。

CVTにクリープ現象はないので注意

AT車からCVT車に乗り換えた人が戸惑う事柄についてお話ししましょう。セレクターをDモードに入れた際、アクセルペダルを踏まなくても車がゆっくりと移動するクリープ現象が、CVT車にはない、ということです。

クリープ現象とは、アクセルを踏まなくてもエンジンの回転がトルクコンバーターを介して駆動軸に伝わるため起こる現象で、駐車場や渋滞での低速での移動に重宝されますが、CVTは機構上このような現象はありません。
それが不便だという指摘もあり、メーカーによってはAT車との違和感を緩和するために、わざとトルクコンバーターを挿入してクリープ現象を起こすようにしているCVTもあります。

Sレンジ、Bレンジの使い方

Sレンジ、Bレンジの使い方

CVT車の特徴として、セレクターにATとは異なったポジションがあります。「Sレンジ」「Bレンジ」がそれで、Sレンジの「S」は「スポーツ」の意味。AT車の2レンジに近い歯車の比率になるように設定されており、「Dレンジ(ドライブモード)」よりもエンジンの回転数が高まります。急加速やエンジンブレーキを使う際に使用します。
Bレンジの「B」は「ブレーキ」のB。Sレンジよりもさらに高い歯車の比率となり、強いエンジンブレーキを効かせるときに使います。

CVTの故障とメンテナンス

CVTの故障とメンテナンス

CVTは、ほとんどのメーカーで無交換でよいといっており、メンテナンスが不要な構造に作られています。CVTの重要な機能を司るスチールベルトが、かつてと比べて格段に強度が上がったことがその大きな理由です。とはいえ、最近はほとんど聞かれませんが、まれにベルトが伸びてしまうことがあります。駆動ロスが大きくなってジャダー(振動)が出る事例の報告などがこれに当たります。この場合は、CVTユニットの構造上、エンジンのタイミングベルトのようなベルトのみの交換はなく、CVTユニットごとの交換となります。
また、プーリーとベルトの摩耗が原因でエンジンに異音が発生するなど、CVTの故障の前兆とも考えられる現象などが報告されていますので、「メンテナンスが不要な構造」とはいえ、エンジンを潤滑に駆動するためのCVTフルードの交換などは念頭に置いておきましょう。

このようにCVTのメンテナンスについては、基本的に不要とされていますが、整備工場やディーラーなどでCVTフルード(オイル)の交換をすすめられることがあるようです。ところが、このCVTフルードの交換に関しても、ATオイル(ATフルード)同様、必須ではありません。メーカーによっては交換自体を不要としている場合もあります。
とはいえ、それぞれの車種に設定された一回の走行距離数や年間の走行距離数の上限などを超えた場合、まったく交換の必要がないわけではありません。また、オイルは経年とともに劣化する消耗品でもあり、年式の古い車や走行距離が多い車などは交換が必要になる場合もあります。

CVTフルードとその交換

CVTフルードとその交換

CVTの機能を潤滑にするためのCVTフルードですが、その役割は主に3つあります。

  • エンジンのパワーをタイヤに伝達しやすくする
  • エンジン内部の各装置を油圧で作動させる
  • エンジン内部の焼き付きを予防する

このようにCVTフルードは自動車を走らせるための必需品です。同時に、劣化を伴う消耗品でもあります。主にCVTフルードが劣化する要因は、走行時に発する熱による酸化やフルードの添加剤の消耗や劣化、あるいは金属摩耗により発生する粉末やスラッジ(沈殿物)の混入などが考えられます。CVTフルードが劣化してくると、燃費性能や加速性能が低下してくるので、そうした機能の変調を目安にしてCVTフルードの交換時期を考えてもよいでしょう。

CVTフルードの交換は、素人では交換できない車種も多く、相当メカに詳しく車に詳しい人でないと難易度の高い作業となります。素人が新しいフルードを入れたことで、エンジン内部に溜まった金属粉やスラッジが撹拌され内部で目詰まりを起こすなど、エンジンの故障に繋がる場合もありますので、整備工場やディーラー、カーショップに相談することをおすすめします。
CVTフルードは車種やCVTフルードの種類、また交換量によって料金も変わってきますが、おおよそ5,000円〜15,000円が標準となります。CVTフルードを自分で選びたい場合、持ち込み可能な業者もあるので、実際交換することになった場合は相談するとよいでしょう。

CVT車は「メンテナンスが不要な構造」とはいえ、一台をなるべく長く大事に乗車し続けたいと考えるなら、CVTフルードの交換は乗車経過年数などを考慮しながら検討するべきでしょう。愛車の不具合など常に点検を行って、その原因がCVTフルードの劣化である場合は必ず交換しましょう。

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