トランスミッションとは？MT・AT・CVT・DCT・AMTの役割と違い

トランスミッションは、エンジンの回転を走り方に合う速さと力に変える装置です。日本語では「変速機」。発進するときも高速道路を走るときも同じギアで済ませようとすると、エンジンの都合などお構いなしの運転になってしまいます。

そこで回転の伝え方を変え、出だしでは力強く、速度に乗ったら無理なく走れるようにしています。MT・AT・CVT・DCTは、その仕事を別々の仕組みで行う仲間です。まず共通の役割から見ていきましょう。

発進するときと、速度に乗ったときでギアを変える理由

トランスミッションは、エンジンとタイヤの間に入り、伝える回転の速さと力の関係を変える装置です。日本語では「変速機」。エンジンの回転を、そのときの走り方に合う形へ変えているわけです。

自転車も、発進や上り坂では軽いギア、速度が出たら重いギアを使いますよね。車にも、発進で大きな力を出したい場面と、速度を上げたい場面があります。その両方に、同じエンジンで付き合うための仕組みなんです。

エンジンには、調子よく力を出せる回転数の範囲があります。発進するときは、エンジンの回転を大きく減速して、タイヤを回す力を増やします。速度が上がったら減速する割合を小さくする。だから同じ速度で走っていても、選ぶギアによってエンジンの回転数が変わるわけです。

ギアを変えたからといって、エネルギーが湧いてくるわけではありません。回る速さを下げる代わりに、回す力を大きくするなど、力の渡し方を変えています。数字で見るなら、変速比と変速機の原理で詳しく解説しています。

エンジンの力がタイヤへ届くまで

エンジンから出た回転は、いきなりタイヤへ届きません。まずクラッチやトルクコンバーターで受け渡し、変速機で速さと力を変えます。その先にも、もう一段回転を遅くするファイナルギア、左右へ力を分けるデファレンシャル、車輪につながるドライブシャフトがあります。FR車などでは、長いプロペラシャフトで前後の装置をつなぎます。名前は多いですが、回転を順番に受け渡す仲間だと考えてください。

• クラッチ・トルクコンバーター：エンジン側と変速機側の回転差を扱い、発進や動力の伝達を助けます。
• 変速機：変速比を変え、走りに合った回転数とトルクを取り出します。
• 最終減速機・デファレンシャル：さらに減速して左右の駆動輪へ動力を分け、カーブで生じる左右の回転差を許容します。

いくつかの装置が一つのケースに入っていることもあり、「トランスミッション」と呼ぶ範囲は説明によって少し違います。変速機、最後に回転を落とす装置、左右へ力を分ける装置をまとめたものは、一般に「トランスアクスル」と呼びます。

発進のときにどうつなぐかはクラッチとトルクコンバーターの仕組み、タイヤ側でどう回転を落として力を分けるかはデファレンシャルとファイナルギアを見ると、役割を追いやすくなります。

MT・AT・CVT・DCT・AMTは、どこが違う？

「AT」という言葉は、ちょっとややこしいところがあります。自動で変速する車をまとめてAT車と呼ぶこともあれば、仕組みの比較で、トルクコンバーターと歯車を使う方式だけをATと呼ぶこともあるんです。誰が操作するかと、中で何が動くかは分けて見ましょう。

この表は、それぞれの代表的な仕組みです。同じ名前でも、発進を助ける装置やクラッチ、歯車の組み合わせは車によって違います。

MTはクラッチとギア段を自分で操作する

MTは、運転手がクラッチペダルを踏んで力のつながりをいったん切り、シフトレバーでギアを選ぶ方式です。発進時はクラッチを少しずつつなぎ、エンジン側とタイヤ側の回る速さを近づけていきます。

「今はこのギアで行こう」と自分で選べるのが、MTの楽しさですね。ただし、燃費はギアの比率や車の重さ、エンジン、運転の仕方でも変わります。MTなら必ず燃費がいい、とはいえません。

ここで分けて見たいのは「どうやって回転の割合を変えるか」と「誰が操作するか」です。ATやCVTは運転手がクラッチを踏まなくてよくても、中の変速の仕組みまで同じではありません。見えるペダルの数だけで、中身は判別できないんですね。

トルコンATとCVTは、変速比の作り方が違う

トルコンATはオイルで発進を助け、歯車で変速する

トルコンATは、オイルの流れで力を渡す「トルクコンバーター」と、歯車でギア段を作る変速機の組み合わせです。変速機では、真ん中の歯車を小さな歯車が囲む「遊星歯車」を使うものが多く、どの部分をつないだり止めたりするかで段を変えます。

走り方に応じて、ロックアップクラッチでエンジン側と変速機側を直接つなぐこともあります。オイルを介すときの滑りを減らし、力をむだなく伝えるためです。いつも滑りっぱなし、というわけではありません。アイシンのAT・CVT・MTでも、方式ごとに違う装置を見られます。

CVTは変速比を連続的に変える

CVTは、英語の「Continuously Variable Transmission」を略した名前で、日本語では無段変速機です。一般的なベルト式やチェーン式では、二組のプーリーという回転する部品にベルトなどを掛け、掛かる円の大きさを変えて変速します。金属ベルト式の基本はCVTECの製品解説でも紹介されています。

決まった段だけを選ぶのではなく、走り方に合わせて比率をなめらかに変えられます。車の速度だけ上がってエンジン音はあまり変わらない加速も、段を変えているような加速もできるんです。詳しくはCVTの仕組みをご覧ください。

DCTとAMTは、クラッチの使い方に注目する

DCTは次のギアを用意しておく

DCTは、一般に1・3・5速などと2・4・6速などを別の通り道に分け、それぞれにクラッチを付けます。片方で走っている間に、もう片方で次のギアを用意。クラッチを切り替えれば、次のギアへつながるという仕組みです。Hondaのレジェンドの技術資料にも、この分け方とオイルで冷やすクラッチの例が載っています。

DCTのクラッチには、オイルを使わない乾式と、オイルで冷やす湿式があります。低速での乗りやすさや変速の感触は、クラッチの種類だけでなく制御でも変わります。また、パドルが付いていればDCTというわけでもありません。ATやCVTにも付いています。

AMTはクラッチとシフト操作を自動化する

AMTは、MTのクラッチ操作とギアを選ぶ操作を、装置にやってもらう方式です。代表例がスズキのAGS。一つのクラッチを切ってつなぐ方式では、変速のたびに加速が一瞬弱まる感触が出ることがあります。

DCTも、大きく分ければMTの操作を自動化した仲間です。ただ、比較するときは「クラッチが一つのAMT」と「二つのDCT」に分けると、変速の違いが分かりやすくなります。

ハイブリッドの電気式CVTとEVは、中身が違う

ハイブリッドの「電気式無段変速機」は、同じCVTという名前でも、ベルト式とは限りません。例えばトヨタの動力分割式ハイブリッドは、歯車、モーター、発電機を組み合わせて、エンジンの回転数と車の速度の関係を調整します。トヨタのハイブリッドシステム解説で、その歯車の仕組みを確認できます。

多くのEVは、広い回転数で使えるモーターと、一定の割合で回転を落とす減速機を組み合わせます。何段も変速しなくても、モーターの速い回転をタイヤに合う速さにする装置は必要です。すべての車が、クラッチやトルクコンバーターと多段変速機を持つわけではないんですね。

車体のどこにトランスミッションがある？

FFは前に置いたエンジンで前輪を回す配置。変速機とデフが前側にまとまる例です。

FRは前のエンジンから、プロペラシャフトを通して後輪へ力を届けます。

MRは後車軸より前にエンジンを置いて後輪を回す例。エンジンが車体の真ん中ぴったりにある、という意味ではありません。

RRは後車軸より後ろにエンジンを置く例です。図は代表的な配置で、縦置き・横置きや部品の形は車によって違います。

エンジン車では、変速機もエンジンの近くに置くことが多いです。ただし、FFやFRという名前だけで、置く場所や向きまで全部決まるわけではありません。

FFは車体前部に動力系をまとめる例が多い

FFは、車の前にあるエンジンで前輪を回す方式です。エンジンを横向きに置き、その隣に変速機などをまとめ、左右の短いシャフトで前輪へつなぐ形がよく使われます。でも縦向きのエンジンを持つFF車もあります。

FR車は前部から後輪へ動力を送る

FRは、車の前にあるエンジンで後輪を回す方式です。一般的には縦向きのエンジンの後ろに変速機を置き、長いプロペラシャフトで後ろのデファレンシャルへ力を送ります。一方、変速機などを車の後ろにまとめるFR車もあります。

MR・RR車では後輪付近に配置される

スポーツカーでいうMRは、一般に座席より後ろ、後輪の軸より前にエンジンを置いて後輪を回す方式です。RRは、後輪の軸よりさらに後ろにエンジンを置きます。どちらも変速機をエンジンと組み合わせますが、前後の並び方は車によって違います。

シャフトがどこを通るかは、ドライブシャフトとプロペラシャフトの違いを見るとイメージしやすくなります。

ギアの段数と、比率の広さ・間隔は別の話

トルクは、軸を回そうとする力です。低いギアで回転を大きく遅くすれば、タイヤ側を強く回せます。その代わり、同じ速度で走るならエンジンは多く回ることになります。

変速比は、変速機へ入る軸の回転数を、出る軸の回転数で割った値です。5.0なら、入口が5回転する間に出口が1回転する関係です。

「変速比幅」は、一番大きい変速比を一番小さい変速比で割った数字です。例えば1速が5.0、最上段が0.7なら、約7.14。「何段あるか」と「一番下から上までどれくらい広いか」は、別々に見ましょう。

隣のギアとの間隔も大切です。間隔が広いと、変速したときにエンジンの回転数が大きく変わります。ここで使うrpmは、エンジンの軸が1分間に回る回数です。例えば段間比が1.8なら、同じ車速で6,000rpmから一段上げると約3,333rpmになります。滑りや損失を省いた計算例です。

よくある疑問

トランスミッションとギアボックスは同じ？

呼ぶ範囲が少し違うことがあります。変速する部分だけを指すことも、発進を助ける装置や最後の減速部分まで含めることもあるので、何を指しているかを見ましょう。

パドルがあればMT？

パドルは、運転手が変速を指示するための装置です。ATにもCVTにもDCTにも付くので、パドルの有無だけでMTかどうかは決まりません。

EVには変速機がない？

多くのEVは、一定の割合で回転を遅くする減速機を使います。複数の段を切り替えるEVもあります。どちらも、モーターの回る速さをタイヤに合わせる仕組みが必要です。

関連記事

クラッチとトルクコンバーターの違い｜動力を伝える仕組み／変速比とは？計算方法と回転数・トルクの関係／ドライブシャフトとプロペラシャフトの違い｜位置と役割

参考資料

• アイシン「AT・CVT・MT」
• CVTEC「製品の仕組み」
• Honda「LEGEND Fact Book Performance」
• スズキ「オートギヤシフト」
• Toyota「Toyota Introduces New Passenger Vehicle Hybrid System」
• 日産「NISSAN TECHNICAL REVIEW No.87」
• ZF「Torque converter – More comfort and less fuel consumption」