21世紀以來，尤其是近十年，全世界的汽車動力總成的工程師們好像都在放假，發動機越來越沒有以前那般瘋狂了，排量也是越來越小，曾經代號C6的第二代RS 6 Avant就有著一臺源自蘭博基尼的5.0升V10雙渦輪增壓引擎，輕易輸出高達580匹的超強性能，那是讓人直呼“Holy”的癲狂。但如今，那麼多年過去了，C8世代的RS 6 Avant也才提升到了600馬力，但發動機的排量已經降到了4.0T。
◎5.0T雙渦輪的RS 6
如果還是那臺曾經的5.0排量V10引擎，RS 6 Avant如今的最大功率突破700匹應該完全不是問題吧？但，從全世界來看，近20年來不論是歐美還是中國，市場上的發動機及排量都呈現出了一致的變化——小型化。
不論是各類環保政策，亦或是讓主機廠頭疼不已的雙積分制，還是車企們從自身戰略佈局的考量，降排減缸在近20年內被迅速推進著，在崇尚大排量自然吸氣V8咆哮的北美，4缸引擎在不知不覺間已然成為了市場主流，從21世紀初到2017年，美國市場的汽車排量平均降幅達到了15%；而在歐洲和中國，這個數字分別為5%和9%。發動機的排量越來越小，未來10年的內燃機主題已經明瞭——高效小排量引擎。
高效小排量是手段，減排才是目的
當然，高效小排量依然會有其相應的下限，發動機的缸體數量從六缸到四缸再到三缸，為主機廠們帶來了更加嚴峻的技術挑戰，通過渦輪增壓來提升效率降低排量和排放已經是行業共識，更少缸數更低排量也是為了迎合“單缸最優”理念以實現性能和效率的提升。但是汽車引擎的排量下限差不多就在1.0升（三缸），更低的排量其實並不符合高效小排量的訴求。
即便發動機技術日新月異，以通用的第八代Ecotec 1.3T對比上一代的Ecotec 1.5T為例，這臺引擎的百公里油耗降低了6.5%的同時，升功率還提升了11.7%，滿足更嚴苛排放標準的同時，性能也得到了保證。
但，即便引擎發展至這一步，35MPa高壓直噴、可變氣門、電子放氣閥小慣量渦輪、ATM主動熱管理、系統等等技術通通用上，發動機依然只能達到不到40%的熱效率（峰值效率）。不過動力總成並不單單隻有發動機，我們還有變速箱，這個傳動端的核心部件。如何進一步觸及高效，工程師們將目光放到了變速箱上。
發動機萬有特性，尋求最合適的傳動端
當然，變速箱的意義主要還是在於優化發動機在動力輸出端的效率，動力總成的核心依然是發動機，既然談及效率優化，我們還是要從發動機萬有特性圖講起。我們以某臺渦輪增壓引擎的萬有特性圖為例，橫軸是轉速，單位rpm，縱軸是平均有效壓力（單位氣缸工作容積發出的有效功稱為平均有效壓力），單位bar。
從理論上來講，平均有效壓力越大，發動機負荷率越大，所以我們可以將其簡單理解成發動機輸出扭矩的大小，最上面則是發動機的外特性曲線，外特性代表的是發動機節氣門全開，即全力加速情況下發動機的輸出特性，渦輪引擎的扭矩外特性曲線明顯優於自然吸氣引擎，這點我們不再贅述了。至於圖中的藍線部分，是燃油消耗率曲線，其單位g/kWh，可以反映發動機對燃油的利用效率，數字越低代表了發動機對燃油的利用效率則越高。
讓一臺引擎一直處在最佳燃燒區，理論上便是其最大熱效率。我們可以看出，這臺引擎的最優燃效大概是206g/kWh=206g/3600000J，此刻發動機產生3600000J能量需要消耗汽油206g，汽油的熱值約為46000J/g，此刻的燃燒效率η=發動機機械功/發動機消耗燃料能量3600000/（46000*206）=0.38，由此可以看出這臺引擎的最大熱效率約為38%，是一臺相對比較優秀的引擎了。
但是，要達到38%的熱效率，卻出現了一個問題：其最優燃油消耗率為206g/kWh的區間實在是太狹窄了，從圖上看大約只有前後30rpm（約2200rpm-2230rpm）的範圍，這絕不是日常使用中能輕易觸及的工況區間。而210g/kWh的燃油消耗率曲線範圍則相對更貼合實際一些，其區間約為1900rpm-2300rpm。
◎馬自達熱效率50%的HCCI發動機
其實工程師們絞盡腦汁優化發動機，無非就是想讓1500-3500rpm這日常最普遍的工況區間內的燃油消耗率儘可能小，用圖上的含義表述便是低數值的燃效範圍需要儘可能在1500-3000rpm區間內。
對於發動機而言，汽車的每一個工況（由車輛速度和驅動力決定）都要消耗一定的驅動功率，即要求發動機輸出一個確定的功率以滿足某個工況的要求，在萬有特性圖上，因為P=Jω（功率=扭矩乘以轉速），橫軸位轉速，縱軸可以近似看做扭矩，那麼等功率線在圖中就是一條條雙曲線形狀。
在圖中的黃色虛線部分就可以近似代表這臺引擎在不同的工況下面的等功率曲線，功率值分別為a到l（從a到l，發動機功率值逐漸提升），可以看到的是，任何一條等功率曲線，幾乎都會經過低數值的燃油消耗率範圍，而變速箱擋位的匹配調校，很多時候便會參考等功率曲線和燃油消耗率曲線在萬有特性圖上所呈現的那些奇異交點。
BUG般的CVT，擋位取點糾結？不存在的
眾所周知，變速箱存在的主要意義便是改變傳動比，以擴大驅動輪轉矩和轉速的變化範圍來適應經常變化的行駛條件，同時使發動機在有利（功率較高而油耗較低）的工況下工作。那如何改變傳動比？扭矩從發動機主減速器傳遞而來之後，便經由變速箱進行相應擋位的調配。
◎DCT變速箱結構圖
變速箱根據控制形式的不同，分為手動變速箱和自動變速箱。而自動變速箱又根據結構不同，分為AT（液力自動變速箱）、AMT（電控機械自動變速箱）、DCT（雙離合變速箱）、CVT（無極變速箱），其中AT和DCT又是當前市場中最為普遍的自動變速箱類型，但這兩類變速箱，即便如今可以做到9擋甚至10擋，但擋位對效率的限制依舊存在。
為什麼擋位會限制效率？我們還是從萬有特性圖談起。因為汽車的動力實際上只是由發動機輸出而來，經由變速箱傳遞到車輪，汽車發動機的轉速與整車的車速存在著一定比例的關聯，扭矩可以與整車的阻力耦合，發動機功率則與整車需求功率相耦合。
所以我們可以近似的將車輛的擋位阻力線（紅色）佈局在萬有特性圖中，這些阻力線和等功率曲線形成一個個的交點，而這些交點就是工程師們做變速箱擋位匹配與調校的關鍵信息參考。如何看待這些交點？
以上圖中的B為例，此刻B點在5擋阻力線之上，即可以看做發動機在5擋轉速在約1800rpm的時候，發動機輸出的扭矩不能夠小於B點所對應的扭矩值。從A點和B點的關係來看，A點和B點發動機輸出的功率是相同的，都是d，變速箱擋位從4擋升至5擋的時候，可以簡單理解為發動機的工況點從A遷移到了B，由圖可知，A工況點的燃油消耗率約為250g/kWh，而當工況點遷移到了B點（從3擋升到4擋），彼時的燃油消耗率則介於230g/kWh-240g/kWh之間，而到了C點（從4擋升至5擋），屆時燃油消耗率甚至低於225g/kWh。在輸出功率不變的情況下，因為變速箱的升擋，燃油消耗率不斷降低，這就是我們經常能感受到了擋位越高越省油的原因。
當然，擋位越高越省油這一點也不是絕對的。就從D點和F點來看，當發動機工況在6擋D點時，其燃油消耗率為206g/kWh，處在發動機效率最高的位置上，但是當發動機工況在7擋F點的時候，其燃油消耗率卻增加到了210g/kWh，為什麼要結合發動機的萬有特性來匹配變速箱的擋位，原因就在於此。
對於AT和DCT包括AMT變速箱而言，擋位數量是固定的，比如說某臺變速箱的前進擋是7個，那麼它在前進擋的佈置上，就只能有7個齒比，齒比的大小，決定了各擋位最終工況點最終如何落在萬有特性圖上。以B、C點為例，在等功率曲線的BC段，變速箱取點只需要在5擋的時候，其對應的扭矩大於等於B點所對應的扭矩即可。
但是變速箱擋位的取點，會因為工況的不同，而產生變化，在某一工況下最高燃效的取點在另一工況下或許並不是最優取點，比如圖中在f功率的工況下，G和H分別是6擋和7擋的最佳取點，如果是AT、DCT或者是AMT變速箱，如果將此刻的6擋和7擋固定，到了h功率的工況，G和H點對應的為G’和H’，雖然6擋G’點的燃油消耗率達到最優，但7擋H’點的燃油消耗率並不是最優，受制於固定擋位的限制，AT、DCT、AMT變速箱總是沒法達到任何工況下的最優燃效。
換言之，要是沒有擋位限制，那麼無時無刻都能達到最優燃效，這樣的變速箱豈不是就是BUG般的存在？而CVT，便是這樣的存在。
CVT “C”位出道，完美匹配高效小排量
任何工況下達到最優燃效，CVT如此BUG，為何之前總是默默無聞？原因就在於CVT的結構特性導致其無法承受較大的扭矩。傳統CVT利用鋼帶傳輸扭矩，扭矩的極限就取決於鋼帶的強度，用鋼鏈取代鋼帶也不失為另一個不錯的方案，通用就在全新一代的動力總成中推出了鋼鏈式CVT變速箱，不僅壽命更長，其最大承受扭矩可以達到250牛·米。
這樣的最大扭矩承受實力匹配如今的高效小排量引擎簡直是恰到好處，通用第八代的Ecotec 1.3T引擎有著240牛·米的最大扭矩，這款鋼鏈式CVT自是能完美承受這樣的扭矩輸出，並且隨著技術的推進，CVT對於扭矩的承受能力也是日以漸進的。而在現階段，隨著高效小排量引擎的趨勢和推進，CVT對於這類引擎的完美適配，讓其走到了聚光燈之下。
同時CVT不僅在理論上可以保證發動機隨時保持在高燃效區間內，同時還能避開發動機在某些轉速上的共振點。眾所周知，任何一臺整車都會因為發動機的工況轉速等因素而產生共振，在萬有特性圖上，這些點就被稱為共振點。如圖所示，L點其實是在g功率5擋最優的取點，但如果L點恰巧是這臺車的共振點，而又因為某些因素，變速箱擋位取點不得不取在L點的位置，不少車主經歷過的車輛共振的體感，一大部分因素便是來自於此。
但是CVT的特性卻可以將隨時跳過L點，用同樣接近L點的高熱效率點L’取代，既保證了高效，又避免了共振，這般水準，不可謂不精彩。
2019年，在高效小排量領域的傳動系統中，CVT “C”位出道，毋庸置疑。
閱讀更多 白日夢車 的文章
