Tổng quan về hộp số trang bị trên ô tô

67 Likes Comment

Hộp số trang bị trên ô tô có chức năng là gì:

Hộp số trên ô tô là một trong các chi tiết trong hệ thống truyền lực ô tô đóng 1 vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống truyền lực này do cụm chi tiết hộp số này sẽ giúp khuếch đại moment xoắn của động cơ từ đó đem đến 1 lực kéo phù hợp cho từng điều kiện vận hành của ô tô.

Vậy rất rõ ràng, chức năng của hộp số chính là giúp thay đổi lực kéo sao cho phù hợp với điều kiện vận hành của ô tô và đảo chiều quay của động cơ để cho ô tô có thể đi lùi. Còn hộp số ô tô giúp thay đổi như thế nào hãy cùng Ad vào tìm hiểu nhé.

Ad viết bài viết này để các bác có thể nắm tổng quan cách hộp số ô tô hoạt động. Về cấu tạo chi tiết của hộp số ô tô có thể có nhiều dạng nhưng về cái tổng quan thì hộp số nào trên ô tô kể cả xe máy đều hoạt động theo nguyên tắc này cả.

Nguyên tắc thay đổi lực kéo trên hộp số ô tô:

Hộp số trên ô tô giúp thay đổi lực kéo bằng cách thay đổi tỷ số truyền giữa các cặp bánh răng hoặc các cặp truyền động (Truyền động đai đối với hộp số CVT). Chính vì thế, ta có thể thay đổi tình trạng lực kéo của động cơ tùy thuộc vào số cặp tỷ số truyền có trên hộp số.

Nếu như các bác đã học qua môn học lý thuyết ô tô. Chắc chắn các bác đã từng làm bài tập lớn thiết kế hộp số ô tô sơ sơ rồi. Số cặp tỷ số truyền của hộp số trên ô tô rất đặc trưng, nó phải được thiết kế theo 1 quy luật cụ thể để đảm bảo khi sang số ô tô không bị rung giật quá mạnh và cũng không bị mất lực kéo khi sang đến số cao hơn. Quy luật đó nếu theo giáo trình lý thuyết ô tô Ad học thì đó là quy luật hình họcquy luật cấp số tiến.

Thiết kế hộp số theo quy luật hình học (Nguồn: Tài liệu lý thuyết ô tô ĐH BK TPHCM)
Thiết kế hộp số theo quy luật cấp số tiến (Nguồn: Tài liệu lý thuyết ô tô ĐH BK TPHCM)

Nếu đã nói về hộp số ô tô rồi thì ta nên nói sâu hơn về tiêu hao nhiên liệu. Mỗi 1 cấp số sẽ có 1 đường suất nhiên liệu tương ứng. Như đã học ở môn học cấu tạo hộp số ô tô, ta thường sẽ có xu hướng thiết kế theo đường lực kéo và suất tiêu hao nhiên liệu lý tưởng (Dựa trên 2 phương án thiết kế, theo quy luật hình học hoặc theo quy luật cấp số tiến mà chọn dãy tỷ số truyền phù hợp).

Theo đúng lý thuyết, thì ta phải làm sao cho động cơ hoạt động ở vùng có lực kéo là lớn nhất đồng thời có suất tiêu hao nhiên liệu là thấp nhất. Theo đồ thị bên dưới ta có thể thấy hộp số ô tô nào càng có nhiều cấp số thì sẽ càng có nhiều điểm tối ưu cho tiêu hao nhiên liệu hơn. Cũng như vậy, càng nhiều cấp số sẽ càng giúp ta tạo ra được 1 đường lực kéo và 1 đường suất tiêu hao nhiên liệu tối ưu nhất (Vùng màu xanh ở hình dưới – Ta gọi đây là Vùng đàn hồi.

Đường đặ tính công suất và moment xoắn của động cơ
Đồ thị biểu hiện Moment xoắn của các cấp số trong hợp số ô tô và đường lực kéo lý tưởng (Envelope)

Chắc cái này hơi khó hiểu, nhưng khi các bác hiểu được tại sao cần sang số khi ô tô đang hoạt động thì sẽ hiểu cái này. Nó phục vụ cho 3 mục đích: Đảm bảo đủ lực kéo (Tốc độ xe, càng chạy tốc độ nhanh moment xoắn và lực kéo sẽ càng nhỏ), có khả năng đảo chiều quay động cơ và tiêu hao nhiên liệu là thấp nhất.

Trình tự phát triển của các loại hộp số ô tô và ưu nhược điểm của nó:

Cũng như Ad nói, hộp số ô tô sẽ có chi tiết chính là các cặp bánh răng ăn khớp với nhau (Còn đối với CVT là 2 bánh Pulley chủ động và bị động). Những chi tiết còn lại chỉ đóng vai trò giúp hộp số có thể thay đổi các cặp tỷ số truyền trên hộp số thôi.

Hiện nay, có nhiều cách phân loại hộp số. Có người thích phân loại theo cấp số, có người thích phân loại theo cách thức chuyển số, có người lại thích phân biệt theo hộp số ô tôhộp số chính và hộp số phụ. Nhưng Ad lại thích phân loại theo cách thức sang số của hộp số ô tô. Ad chỉ phân loại hộp số ô tô thành 2 loại chính là Hộp số ô tô có cấphộp số ô tô tự động.

Hộp số ô tô có cấp MT:

Đường truyền lực của bộ hộp số ô tô có cấp MT

Hộp số ô tô có cấp MT trên ô tô còn gọi là hộp số sàn. Hộp số ô tô có cấp MT yêu cầu người lái phải chủ động thay đổi tỷ số truyền. Nghĩa là phải chủ động sang số á. Hộp số có cấp này thường đi liền với một chi tiết nhằm giúp đóng ngắt đường truyền lực từ động cơ đến trục sơ cấp hộp số đó là cụm chi tiết ly hợp.

Ly hợp sẽ giúp ngắt hoặc cho truyền lực của động cơ đến đầu vào hộp số. Để các bác hiểu tại sao phải có chi tiết ly hợp mà đơn giản nhất đó chính là nếu sang số mà có ngoài lực ngoài hộp số tác động vào thì sẽ gây ra va đập dẫn đến hư hỏng hết các cặp bánh răng trong cụm chi tiết hộp số. Chính vì thế, ta cần ngắt truyền lực trên trục sơ cấp hộp số ô tô khi tiến hành sang số.

Còn về cấu tạo và nguyên lý sang số trên Hộp số ô tô có cấp MT trên ô tô, các bác hãy vào ĐÂY để tìm hiểu nhén. Ad có khá nhiều tài liệu nói về cấu tạo và nguyên lý hoạt động rồi nên cũng không nhắc nhiều về nó quá.

Thế nhưng tại sao Hộp số ô tô có cấp MT vẫn còn trên thị trường ô tô. Chính vì thủ công sang số nên ưu điểm đầu tiên của Hộp số ô tô có cấp MT đó chính là ta có thể chủ động làm chủ lực kéo của động cơ được. Ưu điểm này được tận dụng rất triệt để trên các ô tô tải. Hầu hết 100% ô tô tải đều sử dụng Hộp số ô tô có cấp MT. Ưu điểm thứ 2 đó chính là do ta có thể tối ưu được lực kéo động cơ nên ta cũng một phần chủ động giúp điểm tiêu hao nhiên liệu nằm ở vùng tối ưu hơn so với hộp số tự động khi hộp số sẽ sang số khi tốc độ tăng mặc dù tải không đủ kéo (Vừa bị Ì, vửa tốn nhiên liệu).

Bên cạnh đó, Hộp số ô tô có cấp MT có 1 nhược điểm rất lớn đó chính là đòi hỏi kỹ thuật lái xe của người đó phải khá ổn. Nếu không ngắt hoàn toàn ly hợp sẽ gây ra cháy đĩa ly hợp. Đây là cái hư hỏng thường xuyên nhất của Hộp số ô tô có cấp MT.

Hộp số tự động ô tô:

Hộp số tự động có cấp AT:

Tổng quan cấu tạo hộp số tự động AT ô tô

Thay vì sang số thủ công, với sự phát triển quá vượt trội của nghành công nghệ điều khiển điện tử đã giúp các nhà sản xuất ô tô nghĩ ra phương pháp sang số một cách tự động.

Khi vừa mới phát triển hộp số tự động thì ta chỉ có 1 dạng hộp số duy nhất đó là hộp số tự động sử dụng biến mô thủy lực ta gọi là hộp số tự động có cấp AT. Để Ad nói sơ về chi tiết biến mô thủy lực cho các bác hiểu. Bộ biến mô cũng có vai trò hoạt động y như ly hợp ô tô. Nhưng thay vì truyền hoặc ngắt đường truyền lực bằng ma sát như ly hợp thì bộ biến mô sử dụng thủy lực để giúp đóng hoăc ngắt đường truyền lực. Còn các cặp bánh răng trong hộp số. Các nhà sản xuất đã chuyển sang 1 bộ truyền bánh răng mới. Đó là bộ truyền bánh răng hành tinh, bộ truyền này có một ưu điểm vô cùng lớn đó chính là rút gọn được kích thước hộp số đối với hộp số có cùng cấp. Ngoài 2 chi tiết bộ truyền hành tinh và bộ biến mô thì ta có thêm 2 chi tiết chính trong hộp số đó là phanh hãm các chi tiết trong bộ truyền và bộ điều khiển hộp số (Với các mạch dầu thủy lực).

Về bộ truyền hành tinh, khi ta khóa cứng 1 chi tiết trong 3 chi tiết của bộ truyền hành tinh lúc đó ta sẽ thu được về 1 tỷ số truyền khác nhau và chiều quay tương ứng. Trung bình, 2 cặp bánh răng hành tinh sẽ có thể cho ra tới 7 hoặc 8 cấp số. Đây là một ưu điểm trong việc sử dụng bộ truyền bánh răng hành tinh cho Hộp số tự động có cấp AT.

Một hộp số tự động cơ cấp AT mà xịn xò nhất hiện nay là phải nhắc đến hộp số 9TRONIC của Mercedes Benz. Thông thường, 1 hộp số tự động AT 8 cấp đã quá đủ để mô phỏng lại đường đặc tính lực kéo lý tưởng rồi. 9 cấp thì nó sẽ còn chính xác hơn nhiều và chuyển số sẽ còn mượt mà hơn rất nhiều so với các hộp số tự động AT thông thường chỉ có 5 6 cấp số.

Hộp số tự động vô cấp CVT:

Sơ đồ cấu tạo bộ truyền đai trong hộp số vô cấp CVT

Thế nhưng, các nhà sản xuất ô tô lại cảm thấy chi phí sản xuất Hộp số tự động có cấp AT khá là đắc tiền và việc trang bị lên trên các xe bình dân dẫn đến giá thành ô tô bị đẩy lên rất cao. Chính vì thế, các nhà sản xuất đã lấy ý tưởng là sử dụng bộ truyền đai và thiết kế sao cho ta có thể thay đổi được đường kính của các cặp bánh Pulley. Như các bác đã biết, tỷ số truyền của bộ truyền đai sẽ phụ thuộc vào đường kính của bánh Pulley chủ động và bị động. Nếu thay dổi được đường kính bánh Pulley thì ta sẽ thu về được nhiều cặp tỷ số truyền khác nhau. Và đó là lý do tại sao hộp số vô cấp CVT ra đời.

Sơ đồ tính toán thay đổi tỷ số truyền trong hộp số vô cấp CVT

Chính vì cách thay đổi tỷ số truyền độc đáo như vậy, giả sử ta có thể thay đổi đường kính bánh Pulley 1 cách liên tục thì ta sẽ thu được 1 dãy vô số tỷ số truyền nên chuyển số vô cùng ÊM DỊU và đây cũng chính là ưu điểm nổi trội nhất của hộp số vô cấp CVT này. Ưu điểm thứ 2 của hộp số vô cấp CVT chắc không cần phải nói khi có một dãy tỷ số truyền biến thiên liên tục đó chính là tiết kiệm nhiên liệu hơn hộp số tự động có cấp AT( Có cấp số ít hơn 8 cấp).

Tuy nhiên, nhược điểm của hộp số vô cấp CVT lại biểu hiện khá rõ đó cũng chính là nhược điểm của bộ truyền đai là không truyền được lực kéo lớn. Với những động cơ có công suất lớn thì hầu hết không ai trang bị hộp số vô cấp CVT lên xe họ (Do nhiêu năng lượng truyền đi nó trượt hết trơn). Mặc dù hiện nay hộp số vô cấp CVT đều sử dụng bộ truyền đai đẩy (Đai thép có các miếng thép xếp liên tục vào nhau) nên hiện tượng trượt đai được giảm thiểu đáng kể lắm rồi nhưng ta vẫn phải bảo trì thường xuyên để đảm bảo bộ truyền đai hoạt động ổn định.

Cấu tạo bộ truyền đai và bộ truyền xích trong hộp số vô cấp CVT

Chính vì thế, xu hướng phát triển của hộp số vô cấp CVT chỉ tập trung vào tối ưu vật liệu đai và giảm giá thành. Đã không còn ai hao tâm phí nghiên cứu cách để nâng cao công suất truyền được trong bộ truyền đai do đây là nhược điểm vốn có của bộ truyền này.

Hộp số ly hợp kép DCT:

Cấu tạo bộ hộp số ly hợp kép DCT trên ô tô

Vậy, làm thế nào để vừa đạt được khả năng truyền động tuyệt vời của bánh răng đồng thời lại có thể tiết kiệm được nhiên liệu và việc sang số lại được thực hiện 1 cách tự động. Câu trả lời chính là nằm ở một dạng hộp số mới đó là Hộp số ly hợp kép DCT. Hộp số ly hợp kép DCT đơn giản chính là sự ghép nối song song của 2 hộp số có cấp MT thôi nhưng được điều khiển sang số một cách tự động hoàn toàn. Hộp số này được xem là hộp số lai giữa hộp số tự động AThộp số có cấp MT. Cũng khá hay nhưng do điều kiện vận hành VN không chạy được nên không nhập về (Do bụi bặm quá).

Nguyên lý hoạt động của Hộp số ly hợp kép DCT thì vô cùng đơn giản. Khi ly hợp này đang khóa số lẻ thì ly hợp kia khóa sẵn số chắn. Khi cần sang số sẽ thực hiện tự động từ đó việc sang số sẽ êm dịu hơn rất nhiều mà cũng tiết kiệm nhiên liệu hơn so với Hộp số tự động có cấp AT nữa.

Bài viết này Ad chỉ chia sẻ sơ lược thôi. Do đã quá dài rồi nếu có thắc mắc gì cứ liên hệ Ad qua Mail hoặc tốt nhất là inb Fanpage: Tài liệu học tập ô tô của Ad để Ad giải đáp cho các bác nhanh nhứt nhé.

You might like

About the Author: Trần Tuấn Dũ

Xin chào các bạn, tôi là Trần Tuấn Dũ sinh năm 1997 và hiện đang là sinh viên nghành kỹ thuật ô tô của trường ĐH Bách Khoa TPHCM. Ngoài việc học hành, thì tôi có một sở thích đó là sưu tầm tài liệu chuyên nghành. Nhưng thời gian tôi có hạn và tôi cảm thấy là tôi không thể đọc hết được. Nhưng trong thời gian học tập và làm việc tại trường, tôi thấu hiểu cảm giác la lếch khắp Google để xin tài liệu. Nay tôi tạo Website này để hỗ trợ Anh/em đang học tập cũng như Anh/em đang làm trong nghề ô tô để tiết kiệm thời gian tìm kiếm tài liệu

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *