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【小惡魔汽車教室】第三彈 Nissan R35 GT-R 變速箱拆解 科技介紹

person icon iF 2017-04-24

Nissan R35 GT-R,這部有著「東瀛戰神」美譽的日本高性能勁車,自2007年東京車展問世後,打著紐柏林北賽道7分26秒70單圈紀錄、3.6秒加速破百的耀眼性能,讓一票歐系超跑捏把冷汗!R35 GT-R之所以性能強悍,VR38DETT雙渦輪引擎自然是重點,但是將動力傳遞輸出的GR6六速雙離合器變速箱亦也居功厥偉,迅捷的0.02秒換檔秒數,以及全球少見的「雙傳動軸」分配設計,讓R35性能表現更為如虎添翼!於是此次【小惡魔汽車教室】第三彈,Dr.iF找來一具R35 GT-R的GR6雙離合器變速箱進行拆解探究,看看這具變速箱到底有多麼厲害!? 

 

在進行實際拆解之前,我們先來看看R35 GT-R配置的這具六速雙離合器變速箱的一些特點,其實當初R35推出的時候,日本當地搭載雙離合器的車款並不多,更別說是強調性能的車款,即便有著配置TC-SST的Evo.X,但裝載於如此高性能的日本車上的案例,是相當稀有且少見,這顆變速箱是來自BorgWarner所設計開發,只需僅20毫秒的時間就可以換檔,將GT-R動力性能得以完整釋放。

碳纖維平整化底盤

想要一睹GT-R變速箱廬山真面目,得先把它配置的平整化底盤的碳纖維底板卸下,從照片中來看,整部車輛的底盤幾乎全都被碳纖維底板佔據,僅有在排氣管的走向處另行開孔,有助於加快底盤氣流快速通過,進而提升車輛穩定性,自然也是R35 GT-R性能亮眼的主要原因。

GR6變速箱+傳動系統

卸下平整化底板之後,GT-R變速箱及底盤結構就完整露出,這具名為GR6的六速雙離合器變速箱,體積相當碩大且設計複雜,主要分成三種不同部分。

紅圈:後差速器

後差速器的功能,是將變速箱傳來的動力予以左右傳遞,而內部配置的差速齒輪,則可視轉向角度、速度等數值,對於左右輪的動力予以增減。

藍圈:齒輪箱 

中間部分即為變速箱的齒輪結構, 像是負責接收傳動軸的主軸,以及進行變速的副軸,還有一~六檔及倒檔的齒輪也全都在這裡,至於圖中銀色部分則為變速箱的油底殼,該車已經改換加大及附有散熱片的改裝品,原廠則為黑色小型的設計。

綠色:離合器、傳動軸輸出/入端

GT-R傳動系統相當特別,具有二隻傳動軸,一組為從引擎前端而來,另一組則為齒輪箱回傳的輸入軸,這裡即為二組傳動軸的地方,此外也因變速箱為雙離合器,此處即有二組離合器片負責換檔時的接合或收放動作,至於圖中銀色圓形物體,則為變速箱油冷的節溫器,做為調整變速箱油溫之用。

先後再前的驅動方式

GT-R配置的這套Attesa E-TS四輪驅動系統,傳輸方式與常見的4WD有著頗大不同,一般前置引擎的四驅設計,當引擎輸出動力給相結合的變速箱後,先把動力分配給左右二輪,同時再由一組傳動軸把動力往後傳遞,再藉由後差速器把動力傳給左後輪,這種方式雖然常見且簡單,也可透過電子差速器的設定,讓較多驅動力移往後軸,但「先前再後」的方式,多少仍會讓前輪比例高於後輪,比較難營造媲美後驅的那種活潑動態。
 

從引擎端動力傳出

圖中左邊黑色較粗的棒狀物,就是負責把引擎動力向後傳遞的主傳動軸,由於GT-R動力相當強勁且為了減輕重量與減少運作慣性,主傳動軸的材質為碳纖維製作,至於旁邊黑色較細的棒狀物,則為從變速箱回傳、將動力往前輪傳遞的副傳動軸。

主、副傳動軸

從這張照片可以清楚看出,中央的碳纖維主傳動軸將動力往後方傳遞,左邊的副傳動軸則是把動力向前傳輸,至於右邊金屬油管則為後續改換的機油冷卻器的油管。

向後傳至差速器

圖中這個六爪式結構,即是變速箱的齒輪箱外的傳輸軸,它把經過檔位齒輪變速後的轉速,向後傳遞給後方的差速器,然後差速器再把動力分配給後面二輪。

動力左右分配

後差速器內的差速齒輪,會針對方向盤轉向、輪轉速等數據,根據電腦判斷而回傳的資訊,透過傳動軸把動力分配給後方左右二輪。

動力向前回傳

當動力傳到後輪之後,這時變速箱的另一組輸出齒軸,會把動力再往前輪傳遞,而這個齒軸則有個離合器的設計,可以做為回傳動力比例多寡的調配,再把驅動力透過副傳動軸把力量傳回前輪,由於GT-R動力是「先後再前」的傳輸,從以才能夠擁有媲美後驅車般的後輪驅動力例,讓操控動態更為靈活俐落。

GR6雙離合器六速自手排變速箱
 

從GT-R車上把變速箱總成拆下後,就可以清楚發現這具GR6雙離合器變速箱的體積尺碼還真是碩大,想要把這顆變速箱從車上拆下不僅相當複雜麻煩,相當沉重的重量負荷,非得要有二名成人才能夠順利拆卸。而在把整顆變速箱放在桌上後,即可更清楚的辨認出,這具變速箱的「後差速器」、「齒輪箱」 、「離合器+傳動軸」三個主要結構。

後差速器

後差速器的功能,就是把從齒輪箱變速完成的動力,在此左右分配給後面二個驅動輪,而圖中圓形孔洞即為傳動軸的位置,下方的鰭片狀結構則為差速器油的散熱之用。

齒輪箱


齒輪箱內即為主、副軸,一~六檔的檔位齒輪及同步齒輪等,依照駕駛需求進行檔位切換而變速之用。往上翻起後可看見圖中黑色塊狀物體,這即是存放變速箱油的油底殼,負責將冷卻及潤滑變速箱齒輪的潤滑油存放及循環之用。

離合器及傳動軸結合處

比起齒輪箱來說,前段的離合器及傳動軸處,設計也是相當複雜,因為GR6變速箱為雙離合器的設計,所以共有二組離合器組,而每組共有六片摩擦片,組成及作動方式相當繁雜,至於圖上的二組傳動軸結合處,是做為結合引擎將動力後傳,以及將動力傳回前輪,造就出媲美後驅車的四輪驅動比例。

齒輪箱結構介紹

由於差速器的設置主要僅作為動力分配之用,因此我們著重於齒輪箱及離合器這二方面詳細解說。當我們把中間的齒輪箱拆開之後,從側面看去可以發現有三組齒軸,從右上到左下的分配,右上為變速箱的主軸,中間較小的齒軸則為副軸,至於左下的空洞之處,則為把動力回傳的齒軸之處。


左下的回傳齒軸原貌即為如此,利用經過檔位齒輪變速的副軸,同時轉動回傳動力的齒軸,將動力往前傳遞分配。


在把齒輪箱外蓋拆除之後,大致上就可以看清楚齒輪箱的設計,圖中三塊的亮面銀色條狀物,即是撥動同步齒輪的換檔撥叉,由於GR6變速箱的本題仍為手排結構,自然具有手排變速箱的設計,只是進行換檔的動作與指定,全部改交由電腦負責而已。


在把串連換檔撥叉的撥叉掛桿抽出後,就可以把換檔撥片拆下,變速箱的換檔齒輪及同步齒輪就可看的清楚,

檔位分布:6/2/4/1/R/5/3


從上方這張圖來看,GR6變速箱的檔位齒輪分布為,「6、2、4、1、R、5、3」的設計,在6和2檔、2和4檔、1和R檔之間,都可以看到一個銀色小齒環,這就是換檔撥叉來左右撥動的同步齒輪,平時若無在該檔位的時候,同步齒輪並不會與齒輪結合,當要進入該檔位的時候,就得透過撥叉將同步齒輪撥向齒輪,這時同步齒輪就會與檔位齒輪結合,就會以該檔齒輪進行變速。


雙離合器變速箱之所以要用「雙離合器」,發想概念是當進行換檔的時候,另一組換檔機構已經準備在側,而進行換檔的結構,自然就是換檔桿以及上面的撥叉,依照駕駛需求去切換檔位,而換檔時的檔位齒輪切和,自然得透過離合器來切換,所以也因為有二組離合器,當一組檔位在接合或切離的時候,就可不受到影響的由另一組進行接合的離合器,透過換檔桿及換檔撥叉,把同步齒輪與準備換的下一個檔位接合,繼續進行變速及發揮引擎動力。


如果你是熟悉R35 GT-R的車迷,一定對它在2008年在海外市場販售,卻發生進行彈射起跑而讓一檔齒輪崩齒的慘劇,我們先不以變速箱設計結構來探究,單就R35 GT-R車輛設定來看,四輪傳動、偏高車重、特注高抓地力輪胎、高性能等的本質設計,在完全靜止狀態猛然衝刺而出,對於變速系統的負擔本來就很大,而圖中變速箱所裝設的一檔齒輪,則為車主後續改換的強化品,至於圖中手拿的齒輪則為原廠一檔齒輪。

左:原廠、右:強化

GT-R之所以進行彈射起跑會崩齒,一檔齒輪結構偏薄,也是主要的原因之一,姑且不論材質用料的問題,單是從左邊的原廠齒輪,以及後續升級改裝的右邊強化齒輪,較粗且寬的齒輪設計,就有著更為強大的耐用性。

左:原廠、右:強化

如果要升級一檔強化齒輪,作為同步驅動的輪軸自然也要一起改換強化品,左邊的原廠齒軸的直徑,明顯比改裝品較為細瘦,因此才能夠對應猛烈的加速性能,甚至後續再升級強化的引擎動力。


GT-R變速箱容易發生的問題,不僅只有一檔齒輪在激烈的彈射起跑會崩齒,錯誤的駕駛習慣也會造成換檔撥叉的斷裂,由於GT-R車身尺碼頗大,在停車或是較窄小的行駛環境,很容易頻繁的切換一檔和倒檔,若在車未完全靜止狀態就馬上切換檔位,會讓換檔撥叉因此出現斷裂,造成無法切換檔位,或是某幾個檔位無法使用的情形。

左:強化、右:原廠

原廠配置的換檔撥叉材質為鋁鎂合金製作,因此重量頗輕,若操作不當而斷裂,自然只能尋求換新一途,目前多半是因此直接升級強化部品,像是圖左的改裝套件,是採用耐用度更強的金屬材質,同時也予以切削減重,不過仍是建議比照手排變速箱的操駕方式,才能讓變速箱常保安康。 

離合器+換檔閥體介紹


上圖這個圓形金屬籠,就是GR6變速箱前部分的離合器結構,最上方的齒盤結構,是用來與利用油壓換檔的打油齒輪聯結,好讓變速箱油從內部油道,利用油壓推動離合器片,達到接合或切離的換檔動作。


反過來看的話,就可以看到中間圓型槽的部分,是讓變速箱油從這裡流入,同時內部有圈狀油道及油孔,在換檔泵浦的驅動之下讓變速箱油可以流入某個孔內,以變速箱油壓的方式推動離合器片的作動。


要將外、內籠的結構分解,單靠一般工具是無法成行的,必須得用油壓床的力量,外加仔細小心的操作分解,才能夠把上、下籠以及離合器組等全數拆解現身。

外籠

內籠


將離合器總成分開之後,可以區分為外籠及內籠二個層面,外籠是用來置放離合器片之用,內籠則是控制變速箱油的流動,而做出換檔的動作及反應。

外籠介紹

從外籠的裡面看去,在中央部分有一圈檔板的設計,這是用來擺放對應一、三、五、R,以及二、四、六檔的二組離合器片之處,由於二組離合器片都是放在外籠之內,就代表GR6變速箱的離合器片大小,不分哪一個檔位而有所大小差異,設計概念不像採用內外層設計的DSG,一三五R是外層較大的離合器片,二四六用內層較小的離合器片,雖然能夠縮小變速箱體積,但卻無法穩定平均的對應大動力,所以強調「檔檔都很性能」的GT-R雙離合器變速箱,即是採用二組離合器片一樣尺碼的設計。

內籠介紹

 

內籠部分的組成結構,除了上圖左邊的內籠之外,還有包含右邊與變速箱油泵浦結合的旋轉齒輪,然後將變速箱油導入內籠的油道裡面,去驅動離合器做換檔的動作。


從內籠的造型結構來看,他在外部有許多不同條狀的孔洞,是要讓變速箱導流之用,而從中央的圓形刻線來分,可以再細分為A、B二個籃槽,以上的A是控制二、四、六檔的變化,下面B則為控制一、三、五及R檔的切換,至於上下籃槽的檔位變化,主要藉由二組變速箱的控制電磁閥,改變變速箱流經中央油道的啟閉,達到切換檔位的效果。

換檔閥體介紹

 
作為判斷何時換檔動作的電子機構,即是上圖的這「塊」控制閥體電腦,為了控制本身作動溫度,是浸泡在變速箱油裡,而圖中二個圓形電磁閥體,就會將油道打開好讓變速箱油導入油道,接著藉著油壓推動檔位的油壓活塞,控制何時要進行檔位變化,至於標上字號的即為控制該檔位的閥體油壓活塞。

吸油道
 

閥體油壓活塞

將變速箱油抽入之後,就可以針對換檔閥體的換檔決定動作,利用油壓的方式讓要換檔的那組活塞移動,即可進行調整檔位的高低。 
至於做為改變換檔活塞作動的指令,就是上圖直立的圓柱型控制閥體,圖中黃色圈圈的控制檔位為2、4、6的偶數檔位,紅色圈圈的控制檔位則是1、3、5及倒檔的奇數檔位,至於單獨綠色的圓形柱體,則是擔任切換奇數檔還是偶數檔的主控制電磁閥體。
 

取材協力:偉宸國際UNA Racing


此次小惡魔汽車教室,之所以可以分解R35 GT-R變速箱、講述其科技魅力,負責商借場地以及車輛與變速箱協力的UNA Racing偉宸國際幫了極大的忙,同時也藉著這些年來對於R35 GT-R維修保養改裝的經驗,負責人Kevin老闆則以客座教授的身分,針對許多地方進行詳盡的解說,而這篇工程浩大的引擎教室單元,也特別請影片組的同事製作影片,希望能以更直接清楚的方式,讓網友們對於GT-R的性能有更深入的體驗及認識。 

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