Hộp số tự động là một trong các loại hộp số ô tô được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Vậy nguyên lý hoạt động hộp số tự động này như thế nào?
Với ô tô dùng hộp số tự động bạn dễ nhận ra việc xe không còn bàn đạp ly hợp (côn) và không còn thao tác chuyển số. Mọi thứ đơn giản và tự động khi chọn chế độ D (drive). Điển hình như nếu quan sát so sánh giữa phiên bản số sàn và số tự động của xe ô tô Toyota Vios, bạn sẽ thấy rõ được sự khác biệt này. Hộp số tự động xe ô tô hoạt động dựa trên việc điều chỉnh các bánh răng hành tinh ăn khớp với nhau nhằm tạo ra tỷ số truyền khác nhau cho trục sơ cấp và trục thứ cấp.
Hộp số tự động xe ô tô
Hoạt động của các bánh răng hành tinh
Cấu tạo của hộp số tự động ô tô gồm 3 phần: bộ truyền bánh răng hành tinh, bộ phanh đai và bộ 3 mảnh ly hợp. Trong đó có vai trò quan trọng nhất là chính là bộ truyền bánh răng hành tinh. Bộ truyền bánh răng hành tinh lại gồm 3 phần chính: bánh răng mặt trời (S), bánh răng hành tinh (C) và vành đai ngoài (R). Muốn cho cơ cấu thành một khối thì chỉ cần khóa 2 trong 3 thành phần (tỷ số truyền là 1:1). Tỷ số truyền giảm khi tốc độ đầu vào nhỏ hơn tốc độ đầu ra, tỷ số truyền tăng khi tỷ số đầu vào lớn hơn tỷ số đầu ra. Khi tỷ số giảm đi cùng với chuyển động trục sơ cấp và thứ cấp ngược nhau thì cho số lùi.
Bộ truyền bánh răng hành tinh
Khi ghép liền hai bộ truyền bánh răng cơ sở sẽ cho chúng ta 4 tốc độ tiến cùng với 1 tốc độ lùi. Về cấu trúc trong hộp số, luôn có sự ăn khớp giữa bánh răng dạng ngắn và bánh răng dạng dài để tạo nên sự hoạt động uyển chuyển cho động cơ. Ở các số thì xe hoạt động như sau:
Ở số 1: Bánh răng mặt trời (S) chủ động quay theo chiều đồng hồ, trong khi giá của bánh xe hành tinh (C) lại quay ngược nhưng lại bị khớp (chỉ quay được theo chiều kim đồng hồ). Vành của bánh răng ngoài sẽ truyền chuyển động đến trục thứ cấp để đi ra ngoài theo tỷ lệ là 2.4/1. Điều đó có nghĩa trục thứ cấp và sơ cấp quay ngược nhau, bộ bánh răng hành tinh đầu tiên truyền chuyển động cho bộ bánh răng hành tinh thứ 2 và nối tiếp làm quay vành răng, làm đảo chiều chuyển động.
Ở số 2: Sự liên kết bánh răng tinh sảo nhằm tạo ra tỷ số truyền phù hợp. Ở tầng đầu thì bánh răng hành tinh dạng to (thay cho vành răng) còn bánh răng mặt trời dạng bé hơn. Ở tầng thứ hai trục sơ cấp bao gồm bánh răng mặt trời nhỏ, bánh răng mặt trời lớn (phần vành răng) đã bị giữ chặt bằng phanh đai. Trục thứ cấp bao gồm giá bánh răng hành tinh, ta có tỷ lệ truyền động là 2.2/1 (nghĩa là bánh răng hành tinh quay 2.2 vòng thì bánh răng mặt trời quay 1 vòng). Ở tầng 2 thì tỉ số truyền là 0.67/1. Để tính toán sự giảm tốc ở số thứ 2 này ta nhân 2 tỷ số với nhau thì được tỷ số truyền là 2.2*0.67=1.41/1.
Ở số 3: Với số này thì hầu hết tỷ số là 1/1, điều này được thực hiện với việc khóa bánh răng mặt trời tách biệt với tuốc bin. Trường hợp 2 bánh răng mặt trời làm việc ở cùng tốc độ thì bánh hành tinh sẽ bị khóa do nguyên tắc chúng quay theo chiều ngược lại, dẫn đến khóa vành răng, khi đó tất cả cùng quay và tạo nên tỷ số truyền 1/1.
Tăng tốc độ: Dựa trên nguyên tắc tốc độ đầu ra tăng lên và lớn hơn tốc độ đầu vào. Trong chế độ tăng tốc này thì trục nối bánh răng hành tinh thông qua ly hợp. Nó hoạt động như sau: phần bánh răng mặt trời nhỏ quay tự do, bánh mặt trời lớn đã được phanh giữ lại và nối với vỏ biến mô. Tỷ số truyền là 0.67/1 (tốc độ của đầu ra là một vòng thì tốc độ của động cơ chỉ là 2 phần 3 vòng).
Số lùi: Tương tự như với số 1, chỉ khác ở việc bánh răng mặt trời lớn hoạt động dẫn truyền động về tuốc bin trong khi bánh răng mặt trời nhỏ hoạt động tự do và quay theo chiều ngược lại. Tỷ số truyền cho trường hợp này là 2.0/1. Toàn bộ các quá trình trên đều được thực hiện thông qua ly hợp và phanh đai.
Hoạt động của ly hợp và phanh đai
Hộp số tự động trên ô tô khi chạy ở chế độ tăng tốc trục thì trục nối bánh răng hành tinh được nối qua ly hợp. Bánh mặt trời nhỏ quay, bánh mặt trời lớn bị phanh. Để việc tăng tốc được diễn ra trơn chu thì cần có các chi tiết để ngắt và kết nối thông qua ly hợp và các đai. Phần giá của bánh răng hành tinh được nối với biến mô bằng ly hợp. Khi đó bánh răng mặt trời nhỏ sẽ nhả rời ra khỏi tuốc bin để tạo cho nó quay tự do, trong khi bánh răng mặt trời lớn vẫn bị giữ lại bởi phanh đai. Việc thực hiện các thao tác trên diễn ra thuận lợi nhờ ly hợp đóng cắt nhịp nhàng với phanh đai.
Đĩa ly hợp xe ô tô
Với hộp số luôn có 2 phanh đai được làm từ thép chất lượng cao, đặt vòng quanh vành ngoài giúp giữ cho chuyển động luôn trong hộp số. Các đai này hoạt động nhờ vào hệ thống các xy lanh thủy lực. Ly hợp gồm một cụm gồm 4 đĩa ly hợp ma sát. Chúng hoạt động dựa trên các piton dùng áp suất thủy lực. Các đĩa luôn tách rời nhờ các lò xo.
Hộp số tự động và sự phức tạp của nó
Hộp số tự động trên xe hơi khi hoạt động cần phải thực hiện rất nhiều các công việc phức tạp. Vì vậy, chúng ta rất khó để có thể nhận biết tất cả có bao nhiêu thao tác nhưng có thể tóm lại như sau:
Hộp số tự động của xe ô tô có một chiếc bơm thuỷ lực dạng bánh răng nằm ở trên vỏ hộp số. Bơm này có vai trò hút dầu tại thùng chứa nằm dưới đáy của hộp số và chuyển dầu vào hệ thống thuỷ lực nhằm cung cấp dầu đến hệ thống làm mát và bộ biến của mô men. Bánh răng nằm ở bơm và vỏ của bộ biến mô cũng quay theo tốc độ của động cơ. Khi đó, bánh răng phía ngoài bị quay theo bánh răng phía trong bởi các răng của nó và khiến cho dầu thuỷ lực được hút lên chuyển vào hệ thống thuỷ lực.
Một bộ điều chỉnh thông minh nằm ở vị trí đầu ra của hộp số có chức năng báo cho hộp số nhận biết được chiếc xe đang đi nhanh hay chậm. Do vậy nếu chiếc xe đi nhanh thì bộ điều chỉnh này cũng sẽ quay nhanh. Nằm bên trong bộ điều chỉnh này là một van lò xo ép mở rộng hay hẹp phụ tỷ lệ thuận với tốc độ quay của bộ điều chỉnh. Tức là bộ điều chỉnh quay nhanh thì sẽ khiến van đó mở càng lớn và khi đó áp suất của hệ thống thuỷ lực cũng càng lớn.
Để chiếc xe ô tô được sang số thích hợp thì hộp số tự động phải nhận biết được động cơ của xe đang làm việc với mức tải nào thông qua van tiết lưu. Van này cho phép điều khiển vị trí của cần chọn số và cho biết vị trí mà xe đang đặt số. Khi đó van sẽ xác định số nào được sử dụng và cung cấp cho nó đường dầu phù hợp. Van chuyển số của xe sẽ giúp cho ngăn việc xe bị sang số khi có sự gia tốc quá nhanh. Nhưng khi chiếc xe có sự tăng tốc nhẹ nhàng thì việc sang số cũng sẽ có tốc độ thấp hơn.
Van tiết lưu cho phép điều khiển vị trí của cần chọn số và cho biết vị trí mà xe đang đặt số
Các hộp số sử dụng điều khiển bằng điện tử thường hay sử dụng hệ thống thuỷ lực nhằm giúp điều khiển các ly hợp đĩa cũng như các phanh đai. Tuy nhiên, mỗi mạch vòng thuỷ lực sẽ được điều khiển bằng một cuộn dây điện từ để khiến cho hộp số có sự linh hoạt hơn cũng như phối hợp điều khiển cho hệ thống tốt hơn. Bên cạnh đó, các hộp số tự động của xe ô tô sử dụng điều khiển bằng điện tử còn được bổ sung thêm các chức năng điều khiển một cách hoàn hảo hơn như: kiểm soát tốc độ của động cơ cũng như vị trí bướm ga; chức năng giám sát cho hệ thống chống bó cứng phanh ABS.
Như vậy, với các kiến thức được cung cấp như trên sẽ giúp cho chúng ta nhận biết và sử dụng có hiệu quả hệ thống điều khiển cao cấp của xe ô tô. Thông qua đó nắm bắt được vai trò của hộp số tự động như:
- Giúp chuyển số tự động của xe về số thấp khi xe đang xuống dốc nhằm điều khiển tốc độ, tận dụng phanh động cơ và giúp hạn chế mòn cho má phanh.
- Tăng số khi xe phanh hay khi bánh xe có hiện tượng bị trượt trơn nhằm giảm mô men phanh.
- Ngăn chặn hiện tượng tăng số khi xe ô tô chạy trên các cung đường vòng hay đường vênh.
Hiện nay có rất nhiều mẫu xe phổ thông sử dụng hộp số tự động, trong đó có thể kể đến một số xe được ưa chuộng trên thị trường như xe cỡ nhỏ Hyundai Grand i10, xe Toyota Innova 7 chỗ, xe SUV Toyota Fortuner…
Văn Anh
