【ガラパゴスCVTの憂鬱】なぜCVTはATに代えられないのか?

 なぜ日本車だけCVTを採用しているのだろうか? ATに比べるとつながりがギグシャクしている……、CVTはアクセルを強く踏み込んでも音が騒がしくてなかなか思うように前に進まない……、というCVTに対する不満はまだまだ多く聞かれる。

 そんな不満の声とは裏腹に、CVTは日進月歩の勢いで進化を遂げている。大きいほど性能がいいとされるレシオカバレッジの数値は日産とジヤトコが共同開発した副変速付きCVTは7.23、レクサスUXやトヨタRAV4、新型ヤリスに搭載されたダイレクトシフトCVTは7.56、新型タントに搭載されたD-CVTは6.6と、5速または6速AT並みだったレシオカバレッジが7速、8速AT並みに進化している。

 かたや新型デイズ&ekシリーズが使うジヤトコの新型CVT-Sは低燃費と動力性能を両立させるために、副変速機を省略してレシオカバレッジを7.8から6.0へ縮小させている。

 ここで改めて、CVTはなぜ日本ばかりが採用するのか? CVTよりもATのほうがいい(特にスポーツモデル)という声が多いのに、 なぜCVT搭載車はATに代えられないのか? 自動車テクノロジーライターの高根英幸氏が解説する。

文/高根英幸
写真/ベストカーWEB編集部

【画像ギャラリー】CVTとATの長所と短所、最新CVT搭載車の詳細


CVTの加速フィールはひと昔前と比べ、かなり改善されている!

CVTは プーリーをベルトが回って無段階に変速する(写真はエレメント式金属製ベルト)

 今や絶滅危惧種のMTはDCTへと進化を果たし、クルマの操作は2ペダルが常識になった。その結果、日本の乗用車市場の変速機はATとDCT、そしてCVTのほぼ3種類に集約されている。

 しかしながらクルマ好きにはCVTはあまり人気がない。日本独特の変速機として、いわゆるガラパゴス化が進んでいる。

 例外はチェーン式CVTを採用するアウディくらいのもので、それも縦置き変速機での独自性を強調するための1要素として採用されている印象だ。スバルもアウディ同様、チェーン式CVTを採用しているのは水平対向縦置きエンジンを強調し、ワイドな減速比幅を実現するためだ。

 単純に生産コストを考えれば、一般的なCVTは多段ステップATより低く抑えやすい。しかしCVTには致命的な問題点があったのだ。

 CVTの問題点は大きく分けて2つある、1つは加速フィールの悪さだ。CVTの利点は無段変速機というだけあって、変速に段付き間やショックがないこと。しかし、その反面加速フィールにメリハリが出しにくい。

 特にひと昔前までのCVTは全開加速時にエンジンの最大トルク発生回転数以上をキープして、徐々に減速比を下げていく(ギアは高くなる)ような制御をしていたクルマが多かった。

 これはエンジン性能を引き出して加速時間を短縮することが目的だったが、実際には常に変速しながら加速していくのでたくさんの油圧を使い、なおかつ減速比を高めていくことでエンジン側の負荷が増えるためトルクコンバーターの損失も増えてしまう。

 その結果、加速Gが高くなく、エンジン回転ばかり上がっていて緩慢な加速フィールに陥っていたのだ。

 もう一つの問題点が伝達効率の低さである。エレメント(金属製の小さな部品)を金属ベルトで連結したエレメント式CVTはギアやチェーンと違い、ベルトとプーリーの摩擦によって駆動力を伝達する。

 つまり、しっかりと駆動力を伝えるには、プーリーがガッチリとベルトを挟み込む必要がある。

 それには大きな油圧が必要で、油圧ポンプを駆動するためのパワーロスが、まず駆動損失になってしまう。

 さらに駆動力を伝達する時にはガッチリとベルトを挟み込んでいながら、プーリーからベルトが離れていく時には適度な潤滑が求められる。滑りを防ぎながら、次のシーンでは潤滑が求められる。CVTは矛盾に満ちた変速機なのである。

 欧州や北米、中国といった主要な自動車市場ではCVTの需要が低い。欧州ではCVTの加速フィールの悪さ、北米では大トルクを求める傾向が強くCVTは不向き、中国市場では日系車はCVTを採用している車種も多いが、メリハリのある走りを好む中国人にはあまり人気はないようだ。

 しかし、現在販売されているCVTのなかでも、加速フィールに優れたクルマは多い。それは欧州の自動車メーカーはとっくにサジを投げたこのCVTを、日本の変速機メーカーのエンジニアたちは、あきらめることなく辛抱強く、熟成させていったからだ。

2対のプーリーとそれらをつなぐベルトで構成されており、プーリーの直径を変化させることで連続的に変速することができる。CVTは無段階に変速できるため、変速ショックのないスムーズな走りが可能。また常に最適な変速比を保つことができるため、無駄なエネルギーを使用することなく燃費の良い走りを可能にする

日本でCVTが生き残った理由

WRX S4にはCVT(スポーツリニアトロニック)を搭載している。特にスポーツモデルにはCVTよりもDCTあるいは多段化AT(8速以上)が望まれている
変速ショックのない滑らかな加速とリニアなレスポンスを提供する「スポーツリニアトロニック」。WRX S4ではエンジンの高出力に対応した専用設計としている。Dレンジでの走行でSI-DRIVE「I」または「S」を選択時、アクセルを一定以上に踏み込むと無段変速からスポーティな感覚を味わえるオートステップ切り替え制御を採用。さらに「S♯」選択時は8速クロスレシオのステップ変速制御とし、MT車のようなスポーティな加速とダイレクトな変速が楽しめる

 日本メーカーだけがどうしてCVTを作り続けるのか。それは日本ではまだそのメリットが見過ごせないから、という点が大きい。

 まずコンパクトカー以下の車両には8速ATを収めるスペースがなく、生産コストの関係からも導入は難しい、という背景がある。

 それにCVTの高い燃費性能は、やっぱり大きな武器だ。軽量で走行抵抗の低いコンパクトカーでは巡航時にアイドリング付近にまでエンジン回転を下げて走るほど、CVTの減速比幅のワイドぶりを発揮する。

 ここまでエンジン回転を絞れるのであれば、ATに比べ伝達効率が低くても燃費は高められる。

 これを4速ATで実現しようとしたら、ステップ比(各ギアの減速比の差)が大きくなり過ぎて、加速中の変速で回転が大きく落ち込んでしまうか、トルクコンバーターで回転の落ち込みを防ぐため撹拌抵抗で効率が大きく落ちてしまうことになる。

 5速以上のATは遊星ギアがもう1セットは必要になるので、スペースとコストの制約で一気にハードルが上がってしまうのだ。

 それにCVTは、構造が単純で機能が複雑であるため、実に繊細な仕上げと制御が要求される変速機なのだ。

 これを実現するにはプーリー表面の仕上げやチェーンのコマの熱処理といった機械部品だけの改良だけではなく、特殊な特性のCVTフルードの開発など、化学分野まで駆使した日本のテクノロジーがフル動員されて、最新のCVTは作り上げられている。

 これはもう単純に日本の変速機メーカーのエンジニアによる努力の賜物と言っていい。ある意味、日本企業の気質、エンジニアの特性が表れた変速機がCVTなのである。

進化を続ける最新CVT

レクサスUXとRAV4の2Lガソリンモデルに設定されているダイレクトシフトCVT。発進はギアがあるためつながりはスムーズだが中高速域になるとCVTならではの段付きを感じる
RAV4のダイレクトシフトCVTのシフトレバー
トヨタの新型CVT、ダイレクトCVT。インプットおよびアウトプットシャフトそれぞれに、ドライブ/ドリブンギヤを設けておき、間にインターミディエイトシャフトを加えて1速の伝達経路を形成。インプットシャフトとドライブギヤ間、およびセカンダリーシャフトとセカンダリープーリー間に湿式多板クラッチを持っており、これをハンドオーバー制御することで、トルクフローを切り替える

 CVTはシンプルな機構ではあるが、最近は飛び道具を仕込んだモノも登場している。日産(生産は共同開発したジヤトコ)は副変速機を搭載して減速比幅を拡大させているし、モーターを組み込んだハイブリッドも用意した。

 変速比幅(レシオカバレッジ:最大変速比を最小変速比で割った値)は、大きいほどパフォーマンスや燃費を高めることができる。

 これまではプーリーの大径化と副変速機構を設ける方法を選び、従来型のジャトコCVT7では当時世界一の7.285を実現した。

 しかしCVT7は、軽だけでなく小型車にも適用させるために「ある意味、軽にはオーバースペックだった(関係者)」ところがある。

 新型日産デイズ&三菱ekが採用したジヤトコ製CVT-Sは、日本の道路事情と軽の使われ方を見直し、燃費と動力性能を両立する考えにシフト。軽自動車というサイズが制限されるカテゴリーにあって、プーリー内径の細軸化という発想に切り替えた。これによりあえて副変速機なしにして5.968を達成している。

 プーリー内径の細軸化に加え、シーブ部や油圧室部品を薄肉化。各部品の軽量化を進め、従来型のCVT7に対し約4.2kg(重量比:約6%)のウエイトダウンを果たしている。

 最軽量のデイズSで830kgという車両重量を実現することに貢献した。低燃費を実現するために低フリクション・ボールベアリング、低フリクション・ベルトを採用したのもポイント。

 また、プーリー保持油圧、潤滑配分、ファイナルギア比を最適化することで、CVT7比で約8%のフリクション低減を達成した。新型デイズのWLTCモード21.2km/L(JC08燃費は29.4km/L)という燃費性能に寄与している。

 トヨタ(生産は共同開発したアイシンAW)は発進専用ギアを組み込むことで、ベルトの負担を抑えて燃費と加速フィールを向上させたCVTを登場させている。現在、レクサスUXやRAV4、新型ヤリスに搭載されているダイレクトCVTだ。レシオカバレッジは7.555を達成している。

 特徴はCVTだけで完結するシステムにあえて発進用ギアを追加したことで、これにより前述したジンワリとした発進や、その後の力強い加速が可能になった。

 また、この発進用ギアを追加したことで、高速走行時に使用するCVTの変速比幅を従来型と比べてハイギアード化することが可能になり、結果、エンジン回転数が低く抑えられ高速巡航時の燃費数値向上にも貢献する。

軽自動車のCVTは約9割がCVT。新型タントのCVTは従来の6速AT並みから、8速AT並みのレシオカバレッジになったと発表されているが……

 ダイハツは、通常の金属ベルト式CVTに遊星ギア式動力分割機構を追加した全面新設計のCVT(無段変速機)、「D-CVT(デュアルモードCVT)」を新型タントに新搭載した。

 ギア駆動併用のCVTといえば、前述した、変速比の幅を拡大するためにCVTに2段式の副変速機を組み合わせたジヤトコのCVT7、ドライバビリティの改善を目的としてCVTに発進用のギアを組み合わせたアイシンAWの「ダイレクトシフトCVT」などが思い浮かぶが、D-CVTはどちらの変速機ともギアの使い方が異なる。

 まず、発進、加速、低中側での巡航などは従来のCVTと同様に、金属ベルト式の変速機構のみで変速比をコントロールする「ベルトモード」。動力分割機構のクラッチは切断状態で、動力伝達経路にはならない。

 D-CVTのレシオカバレッジは5.3から7.3(新型タントでは6.619)へと拡大し、改良型エンジンの合わせ技により、新型タントの巡航燃費は現行モデルに対し、60km/h時で12%、100km/h時では実に19%改善したという。

ダイハツのD-CVTの解説図

 ホンダは軽バンのアクティではATを採用していたが、N-VANでは燃費のためにもCVTを採用している。しかし、人も荷物も載せる積載量の大きい商用車でのCVT採用は実績がなく、エンジニアは開発する際、アクティのATを手掛けた技術者が社内に残っていなかったこともあって、各部品の強度など基準が分からず苦労したそうだ。

■各メーカーのCVTはどこのメーカー製なのか?
トヨタ:内製/アイシンAW、日産:ジヤトコ、ホンダ:内製、マツダ:アイシンAW、三菱:ジヤトコ、スバル:内製、ダイハツ:内製、スズキ:ジャトコ

CVTは今後どうなる?

チェーン式を採用するスバルのリニアトロニック。一部車種にはアクセルを踏み込まない「低開度」時は、滑らかな無段階変速。ドライバーがぐっと踏み込みアクセルが「高開度」になると、自動的にステップ変速に切り替わり、エンジン回転がぐっと伸びてリニアな加速が味わえるオートステップ変速切り替えモードを用意。また300ps/40.8kgmのWRX S4やレヴォーグの2Lターボにも耐えうる設計。WRX S4は2021年~2022年頃のデビューを予定しているが、多段ATを採用していくことになるのだろうか

 CVTの今後について予測してみよう。エンジン車はハイブリッドが一般的になったら、クルマを後退させたい時にはモーターを使うようにすれば、リバース用の逆転ギアはいらなくなる。

 発進時もモーターのトルクを使うことでCVTの減速比幅を抑えることができるから、CVTの効率はますます高められそうだ。

 とはいえ、多段ATもDCTもハイブリッドにより、さらにパワーユニットとしての効率が高められるのはいうまでもないことだし、トヨタはTHS(トヨタ・ハイブリッド・システム)の特許を無償公開したことで、この遊星ギアを活用した電気式CVTが世界中の自動車メーカーで採用して今以上に普及する可能性が高まっている。

 そう考えると、やはりエレメント式CVTの将来は多難というしかない。チェーン式CVTは、チェーンのピンとプーリーが接触する時の打音が静粛性を低下させるため横置きエンジンには不向きだ。

 軽自動車はマイルドハイブリッドであれば、CVTとの組み合せもしばらくは残りそうではあるが、ハイブリッド化によりCVTからATに代わられる車種も増えるだろう。

 特にスバルは、CVTから多段化ATへの変更を望むユーザーの声が多い。現在スバルは、ダウンサイジングターボ(2L→1.8L)へ進むなど、パワートレインの変更が行われている真っ只中にあるのでなんともいえないが、コストが嵩むため当面はチェーン式CVTを発展させていくことになるだろう。

 しかし、北米市場がメインマーケットという背景も考えると、長期的には多段化ATやTHS(すでに北米仕様にはあり)との組み合わせになっていくかもしれない。

いいCVT、悪いCVTの指標

 本企画で何度も出てきた言葉、レシオカバレッジ。最後にこのレシオカバレッジとはなにか、これまで聞いたことがなかった、という人のために、説明しておきたい。

 レシオカバレッジとは、変速機の変速比幅(適用可能な変速比の範囲)とも呼ばれ、最も低速のギア比を最も高速のギア比で割って求める値だ。

 この値が大きいほど、エンジンが低回転のままで走ることができる車速の幅が広いことになり、燃費が良く、静粛性に優れるという評価につながる。CVTの場合は、最も低速(ロー)のプーリー比を最も高速(ハイ)のプーリー比で割った数値になる。

  4速ATで4程度、6速ATで6程度、8速ATでは8程度、9速ATでは9.8、10速ATでは8.23となっている。CVTは一般に5.5~6程度。 巻末で各社の主な車種のレシオカバレッジを紹介しているので、いいトランスミッションの指標としてみてほしい。

 CVTの場合、変速用プーリーの大径化の制約があるため、多段ATよりも変速比の幅を広げられなかったが、日産とジャトコが2009年に実用化したCVTは副変速機をつけて、乗用車としては当時最も広いレシオカバレッジを7.3とし、後に8.7にまで広がった。

 いっぽう、トヨタは2018年12月、レクサスUX(RAV4)に採用したダイレクトシフトCVTは、CVTに発進用1速ギヤを組み込み、ベルトをハイ側に設定できたことで、レシオカバレッジ7.555を実現した。

 つまり副変速機と発進用1速ギヤを組み込むことで、発進、加速時にはギア比をロー側へシフトし、 力強い駆動力を得ることと、高速巡航時にはギア 比をハイ側へシフトし、静かで燃費の良い走りを両立させている。

 このレシオカバレッジの数値が大きいほど、いいAT、CVTなので、参考にしてほしい。ちなみに過去の車種の数値を比較してみると進化の幅がわかるだろう。

■主なCVT搭載車のレシオカバレッジ
●レクサスUX:7.555/CVT
●RAV4: 7.555/CVT
●ノート1.2L:7.284/CVT
●スイフト1.3L:7.284/CVT
●インプレッサスポーツ1.6L:7.031/CVT
●フォレスター2.5L:7.031/CVT
●セレナ2L:6.960/CVT
●エクリプスクロス1.5Lターボ:6.960/CVT
●エクストレイル2L:6.960/CVT
●シビックセダン:6.531/CVT
●ステップワゴン1.5Lターボ:6.531/CVT
●ヴォクシー2L:6.454/CVT
●WRX S4:6.442/CVT
●C-HR 1.2ターボ:6.263/CVT
●カローラスポーツ1.2Lターボ:6.263/CVT
●カローラセダン&ツーリング:6.263/CVT
●ヴェゼル1.5L:6.191/CVT

■軽自動車の主なCVT搭載車のレシオカバレッジ
●ekスペース G:7.285/CVT
●デイズルークスターボ:7.285/CVT
●ハスラーXターボ:7.284/CVT
●ワゴンRスティングレーハイブリッド:7.284/CVT
●アルトX:7.197/CVT
●アルトラパンX:7.197/CVT
●ワゴンRハイブリッド:7.197/CVT
●タントXターボ:6.619/CVT
●ekワゴン:5.968/CVT
●デイズ:5.968/CVT
●スペーシアハイブリッド:5.601/CVT
●スペーシアギアハイブリッド:5.601/CVT
●N-BOXターボ:5.463/CVT
●N-ONEプレミアムツアラー:5.463/CVT
●N-WGNターボ:5.463/CVT
●S660:5.463/CVT
●N-BOX G:5.460/CVT
●N-WGN G:5.460/CVT
●ウエイクX:5.298/CVT
●キャストアクティバ:5.298/CVT
●コペンエクスプレイ:5.298/CVT

■主なAT搭載車のレシオカバレッジ
●レクサスLC、LS:8.232/10速AT
●アルファード3.5:8.201/8速AT
●デリカD:5 2.3Lターボ:7.801/8速AT
●クラウン2Lターボ:6.709/8速AT
●レクサスRC F:6.709/8速AT
●スイフトRS-t:6.812/6速AT
●ロードスターS:6.079/6速AT
●スイフトスポーツ:6.018/6速AT
●デミオ1.5L XD:5.934/6速AT
●CX-5 XD:5.812/6速AT
●レクサスRX 2Lターボ:5.428/6速AT

■主な輸入車のAT搭載車のレシオカバレッジ
●フィアット500X:9.812/9速AT
●ジープチェロキー:9.812/9速AT
●ベンツCクラス:9.156/9速AT
●ベンツEクラス:8.908/9速AT
●BMW X2:8.201/8速AT
●BMW X3:7.812/8速AT
●アウディA4:7.377/7速AT
●プジョー3008:8.199/8速AT
●ボルボXC40:7.801/8速AT
●ボルボV60:7.801/8速AT

■主な過去の車種のレシオカバレッジ(順不同)
●LFA(2010年):4.064/6速AT
●NSXタイプT(2004年):3.360/4速AT
●BP5 レガシィツーリングワゴン2.0GT(2003年):4.425/5速AT
●アルテッツァAS200(1998年):3.356/4速AT
●カローラII 1.4L(1997年):2.810/3速AT
●マークIIグランデ(1995年):3.820/4速AT
●レパードJフェリー(1993年):4.013/4速AT
●S13シルビアK’S(1992年):4.013/4速AT
●EF7 CR-X Si(1990年):3.468/4速AT
●マーチターボ(1990年):2.286/3速AT
●R32スカイラインGTS25(1989年):5.558/5速AT

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