CVTユニット
CVTユニットは、プーリー径を連続的に変化させて無段変速を実現する自動車用の変速機である。入力側プーリーと出力側プーリーの有効径を油圧または電動アクチュエータで制御し、スチール製プッシュベルトやチェーンを介してトルクを伝達する。変速比は連続的に変化し、エンジンを効率の良い回転域に保ちやすいため、燃費や騒音低減に寄与する。発進にはトルクコンバータまたは湿式多板クラッチを用いる構成が一般的で、最近は電動ポンプ併用や減速機付の直結発進機構も採用される。
基本構成
- 入力系：エンジン出力を受けるプライマリプーリー、発進用クラッチまたはトルクコンバータ
- 伝達系：スチールプッシュベルトまたはチェーン、潤滑・冷却用油路
- 出力系：セカンダリプーリー、最終減速ギヤ、差動装置
- 制御系：油圧制御バルブ、電動アクチュエータ、圧力センサ、回転センサ、温度センサ、ECU
作動原理
各プーリーは対向円錐板で構成され、板間距離を変えることで有効径が変わる。入力側の有効径を小、出力側を大にすれば低速・高トルク、逆にすれば高速・低トルクとなる。理想的には変速比 i は「i = Dsecondary / Dprimary」で表せ、ここで D は各プーリーの有効径である。伝達力はベルトとプーリー間の正圧（クランプ力）と摩擦係数に依存し、滑りを抑えるためにライン圧（系統油圧）を適応的に高める。
変速制御ロジック
ECUはアクセル開度、車速、エンジン回転、油温などから目標変速比と必要クランプ力を算出する。要求トルクが大きいときは比をロー側へ寄せ、燃費優先時はエンジン最効率回転へ合わせる「エコ変速線」を選ぶ。さらに、発進・加速・巡航・減速の各モードでゲインや応答を切り替え、空走やエンブレ時の不快な回転上昇を抑えるスケジューリングを行う。
性能指標と設計パラメータ
- 変速比範囲（レシオカバレッジ）：最大比/最小比が広いほど発進性と高速燃費が両立する
- 許容入力トルク：プーリー径、ベルト断面、材料強度、クランプ力上限で決まる
- 効率：ベルト曲げ損失、油圧駆動損失、攪拌損失、軸受損失の総和で評価する
- 応答性：目標比到達時間、ライン圧立ち上がり、制御遅れ
- 耐久：ベルト/チェーンの疲労寿命、プーリー面の摩耗、油劣化
代表方式の特徴
量産車で主流なのはプッシュベルト式である。鋼製セグメントが圧縮で力を伝えるため高トルク化が可能で、近年はチェーン式も採用が広がる。トロイダル式はローラでディスク間を転がり伝達する方式で高効率だが機構・加工が高度である。発進機構はトルクコンバータが滑らかな一方、湿式クラッチは効率面で有利であり、ロックアップ制御の巧拙が体感と燃費を左右する。
効率と損失低減
効率改善には、低粘度ながらせん断安定性に優れる専用CVTフルード、最適プーリー角と面粗さ、低リークの油圧回路、可変吐出ポンプの採用が有効である。制御面では必要最小限のクランプ力を維持する「最小クランプ制御」により摩擦損失とベルト応力を同時に低減する。冷間時は油温補正で比応答を穏やかにし、温間でフル性能を出す。
信頼性と故障モード
- ベルト/チェーンの疲労・伸び：過大クランプや高温による潤滑不良が要因
- プーリー面の摩耗・スコアリング：滑り過多や異物混入が引き金
- 油圧系不具合：ポンプ劣化、電磁弁の固着、Oリング劣化による圧力低下
- 熱管理不足：連続高負荷で油温上昇し保護制御が介入、性能低下を招く
保守とフルード
専用CVTフルードは摩擦特性と耐圧性、泡立ち抑制が最適化されている。規格やメーカー承認に合致する指定油を用い、劣化指標（色調、臭気、金属粉）や温度履歴を点検する。磁性ドレンボルトやストレーナ清掃は有効で、過走行車では交換による作動点復帰が望める。
騒音・振動・フィール
CVT特有の「ラバーバンド感」は、エンジン回転と車速の乖離に起因する。これを抑えるため、擬似ステップ変速やアクセル応答補正、ロックアップ積極活用が行われる。ベルト共振やプーリーパターン起源の高周波音は、構造伝達経路の遮断や制御での回避周波数設定により低減する。
適用領域と最近の傾向
小型～中型車での搭載が多いが、高トルク化や油圧高効率化により適用範囲は拡大している。ハイブリッドでは発進クラッチやモータ直結との組み合わせで多様なレイアウトが可能である。さらに、学習制御により個体差・経時変化を補償し、ユーザの運転嗜好に合わせた比スケジューリングを自動調整するなど、快適性と効率の両立が進む。
設計上の留意点
- 熱設計：オイルクーラ容量、目標油温レンジ、熱害対策
- 耐久余裕：安全率、クリープ荷重、材料選定と表面改質
- 製造性：プーリーの高精度円錐面加工、表面粗さ管理、清浄度
- 診断：油圧・比・すべりのOBD監視、フェイルセーフとリンプ制御