Tổng quan về hộp số tự động
Giới Thiệu Chung
Trên xe sử dụng hộp số thường, thì lái xe phải thường xuyên nhận biết tải và tốc độ động cơ để chuyển số một cách phù hợp
Khi lái xe với hộp số tự động, người lái không cần phải nhận biết nhiều, vì việc chuyển số sẽ tự động diễn ra dựa trên tải động cơ và tốc độ xe.
Với xe hộp số tự động, người lái không cần lo lắng về việc lên hoặc xuống số, vì hệ thống tự động điều chỉnh bánh răng dựa trên tốc độ xe và mức đạp chân ga.
Hộp số ECT (Hộp số điều khiển điện tử) là loại hộp số mà việc chuyển số được điều khiển bởi ECU (Bộ điều khiển điện tử), trong khi hộp số tự động thuần thuỷ lực không sử dụng ECU Hiện nay, hầu hết các loại xe đều áp dụng công nghệ ECT để cải thiện hiệu suất và khả năng vận hành.
4 chuyển số có thể được chọn tuỳ theo ý muốn của lái xe và điều kiện đường xá.
Cách này giúp cho việc tiết kiệm nhiên liệu, tính năng và vận hành xe được tốt hơn.
Hình 1.1: Sử dụng hộp số tự động
Ý tưởng về hộp số tự động đã được nghiên cứu từ những năm 1900 bởi các kỹ sư hàng hải Đức, và đến năm 1938, GM giới thiệu chiếc Oldsmobile đầu tiên với hộp số tự động, giúp đơn giản hóa việc điều khiển ô tô bằng cách loại bỏ bàn đạp ly hợp Tuy nhiên, do độ phức tạp trong chế tạo và bảo trì, hộp số tự động không được phổ biến Đến những năm 70, hộp số tự động đã hồi sinh khi nhiều hãng ô tô cho ra mắt các mẫu xe mới tích hợp hộp số này Kể từ đó, hộp số tự động đã phát triển mạnh mẽ, dần thay thế hộp số thường Ban đầu, hộp số tự động có cấp được điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực, nhưng sau đó, để nâng cao độ chính xác và an toàn, hộp số tự động có cấp điều khiển bằng điện tử (ECT) đã ra đời.
Các nhà sản xuất ô tô đã không ngừng cải tiến công nghệ hộp số tự động, nghiên cứu và phát triển thành công hộp số tự động vô cấp vào cuối thế kỷ XX, nhằm đáp ứng nhu cầu về nhiều cấp tỷ số truyền hơn.
Hộp số tự động (HSTD), theo công bố của tài liệu công nghiệp ô tô
CHLB Đức, ra đời vào 1934 tại hãng Chysler Ban đầu HSTD sử dụng
Ly hợp thủy lực và hộp số hành tinh được điều khiển hoàn toàn bằng van con trượt thủy lực Ngày nay, công nghệ này đã chuyển sang sử dụng biến mômen thủy lực, và thuật ngữ hiện tại được gọi là AT (Automatic Transmission).
Tiếp sau đó là hãng ZIL (Liên xô cũ 1949) và các hãng Tây Âu khác
Trong giai đoạn này, phần lớn các hệ thống truyền động (HSTD) tại Đức, Pháp và Thụy Sĩ sử dụng hộp số hành tinh với 3 hoặc 4 cấp Những hộp số này được xây dựng dựa trên bộ truyền hành tinh 2 bậc tự do, cho phép cải thiện hiệu suất và tính linh hoạt trong việc truyền động.
Sau những năm 1960, hệ thống truyền động thủy lực đã được áp dụng trên ô tô tải và ô tô buýt, sử dụng biến mô men thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí Các cặp bánh răng ăn khớp ngoài đã được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và độ bền cho kết cấu tự động.
Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTD kiểu EAT (điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử), loại này ngày nay đang sử dụng.
Một loại HSTD khác là hộp số vô cấp sử dụng bộ truyền đai kim loại
(CVT) với các hệ thống điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử,
(cũng là một dạng HSTD).
Ngày nay, việc chế tạo các loại truyền động thông minh đã trở nên phổ biến, cho phép chuyển số dựa trên thói quen lái xe và tình huống mặt đường Hệ thống truyền lực sử dụng HSTD với 8 số truyền được gọi là hệ thống truyền lực cơ khí thủy lực điện tử, thể hiện sự phát triển nhanh chóng của công nghệ cao Gần đây, đã xuất hiện hộp số có khả năng chuyển số bằng tay hoặc tự động, tùy thuộc vào sở thích của người sử dụng.
Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu của khách hàng và nâng cao tính an toàn, các nhà sản xuất đã phát triển hộp số điều khiển điện tử, tích hợp chức năng sang số bằng cần giống như hộp số truyền thống.
Hình1.2:Hộp số tự động ngày nay 6
Hộp số tự động ngày nay đã trở nên phổ biến trên xe du lịch, xe 4WD và xe tải nhỏ, đặc biệt là từ những năm 1990 khi xuất hiện trên các xe nhập từ Mỹ và châu Âu Mặc dù công nghệ lúc đó còn hạn chế, khiến việc bảo dưỡng và sửa chữa gặp khó khăn, nhưng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện nay, hộp số tự động đã được cải tiến đáng kể Điều này đã giúp hộp số tự động khẳng định ưu việt của mình và dần thay thế hộp số thường trong ngành ô tô.
Có nhiều cách để phân loại hộp số tự động.
Phân loại theo tỉ số truyền
Hộp số tự động vô cấp là một loại hộp số đặc biệt, cho phép thay đổi tỷ số truyền một cách tự động và liên tục Điều này được thực hiện thông qua việc điều chỉnh bán kính quay của các puly, mang lại hiệu suất vận hành tối ưu cho xe.
Hộp số vô cấp trên ô tô chủ yếu là kiểu truyền động bằng thủy lực.
Hộp số tự động vô cấp có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền động cao và kích thước nhỏ gọn Thiết kế này giúp động cơ hoạt động mượt mà, không bị chuyển trạng thái đột ngột, từ đó tối ưu hóa quá trình vận hành và gián tiếp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.
Nhược điểm của hệ thống này bao gồm tỷ số truyền và tay số giới hạn, cùng với việc cần thay đổi chế độ làm việc của động cơ khi ra vào số Quá trình chế tạo phức tạp cũng dẫn đến giá thành cao.
Phạm vi sử dụng: hiện nay được sử dụng nhiều trên các loại xe du lịch, xe yêu cầu kích cỡ nhỏ gọn.
Kết cấu gọn gàng, chắc chắn, dễ điều khiển bảo dưỡng và sửa chữa, giá thành hạ.
Hộp số tự động có cấp sử dụng bộ truyền bánh răng để thay đổi tỷ số truyền theo từng cấp số, khác với hộp số vô cấp Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành và mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà hơn.
Hộp số có cấp là loại hộp số với số cấp hữu hạn, thường từ 3 đến 20 cấp, giúp đảm bảo tốc độ truyền qua hộp số luôn ổn định Ưu điểm của loại hộp số này bao gồm kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền động cao và kích thước nhỏ gọn.
Nhược điểm: có tỷ số truyền giới hạn, có tay số giới hạn và khi ra vào số phải thay đổi chế độ làm việc của động cơ.
Phạm vi sử dụng: được sử dụng rộng dãi trên hầu hết các dòng xe hiện nay.
Hình 1.4: Hộp số tự động có cấp
Phân loại theo cách điều khiển
Hộp số tự động được chia thành hai loại dựa trên cách điều khiển: điều khiển thủy lực và điều khiển điện tử (ECT) Loại thủy lực sử dụng hệ thống điều khiển hoàn toàn bằng dầu, trong khi loại ECT sử dụng ECU để điều khiển, đồng thời tích hợp chức năng chẩn đoán và dự phòng.
Hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực hoạt động dựa trên việc biến đổi cơ khí tốc độ xe thành áp suất ly tâm và độ mở bướm ga thành áp suất bướm ga Các áp suất thủy lực này được sử dụng để điều khiển hoạt động của ly hợp và phanh trong cụm bánh răng hành tinh, từ đó điều chỉnh thời điểm lên xuống số Phương pháp này được gọi là điều khiển thủy lực.
Hộp số điều khiển điện tử ECT sử dụng cảm biến để phát hiện tốc độ xe và độ mở bướm ga, chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện gửi về bộ điều khiển ECU Dựa trên các tín hiệu này, ECU điều khiển hoạt động của ly hợp và phanh thông qua hệ thống van và thủy lực.
Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực sử dụng hệ thống thủy lực để điều chỉnh chuyển số cơ học Hệ thống này phát hiện tốc độ xe thông qua van điều tốc và nhận diện độ mở bàn đạp ga từ bướm ga thông qua sự dịch chuyển của cáp bướm ga.
Loại điều khiển điện tử kết hợp thủy lực
Loại này sử dụng ECU- ECT để điều khiển hộp số thông qua các tín hiệu điều khiển điện tử.
Sơ đồ tín hiệu điều khiển:
Tín hiệu điện từ các cảm biến như cảm biến tốc độ và cảm biến vị trí chân ga, kết hợp với tín hiệu thủy lực từ bàn đạp ga qua cáp chân ga đến bướm ga, rồi đến cảm biến vị trí bướm ga, được truyền đến ECU động cơ Từ ECU động cơ, tín hiệu tiếp tục đến ECT-ECU và điều khiển van điện từ để thực hiện các can sang số hiệu quả.
→ bộ bánh răng hành tinh và bộ biến mô
Hình 1.5: Hộp số tự động toytota
Loại điều khiển điện tử hoàn toàn thủy lực:
Loại này sử dụng cáp bướm ga và các tín hiệu điện tử điều khiển để điều khiển hộp số tự động.
Sơ đồ tín hiệu điều khiển:
Bàn đạp ga → cáp dây ga → cáp bướm ga → van bướm ga, van ly tâm → van sang số → bộ truyền bánh răng hành tinh và bộ biến mô.
Hình1.6: Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn thủy lực
Hộp số tự động điều khiển bằng điện tử hoạt động dựa trên áp suất thủy lực, cho phép tự động chuyển số theo tín hiệu điều khiển từ ECU.
ECU điều khiển các van điện từ dựa trên tình trạng của động cơ và xe, được xác định bởi các bộ cảm biến, từ đó quản lý áp suất dầu thủy lực một cách hiệu quả.
Sơ đồ tín hiệu điều khiển:
Tín hiệu điện từ các cảm biến như cảm biến chân ga, cảm biến dầu hộp số, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến tốc độ xe, cảm biến đếm vòng quay và cảm biến tốc độ tuabin, cùng với tín hiệu điện từ bộ điều khiển thủy lực, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của các hệ thống tự động.
ECT độngcơ và ECT → tín hiệu điện đến các van điện từ → bộ biến mô và bánh răng hành tinh.
Phân loại theo cấp số truyền
Hiện nay, hộp số tự động phổ biến nhất là loại 4, 5 và 6 cấp, trong khi một số mẫu xe cao cấp còn được trang bị hộp số tự động 8 cấp.
Phân loại theo cách bố trí trên xe
Hộp số tự động được thiết kế cho xe có động cơ đặt trước và cầu trước chủ động, mang lại sự gọn gàng nhờ vào việc bố trí hợp lý trong khoang động cơ.
Hình1.7: Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động điều khiển bằng điện tử
Hình1.8: Hộp số tự động 8 cấp của trung quốc loại FF
Hình 1.9: Hộp số tự động loại FF
Hộp số tự động loại FR được thiết kế cho xe có động cơ đặt ở phía trước và cầu sau chủ động Đặc điểm nổi bật của loại hộp số này là bộ truyền bánh răng cuối cùng (vi sai) được lắp đặt bên ngoài, dẫn đến kích thước tổng thể dài hơn.
Hình 1.10: Hộp số tự động loại FR
1.1.4 Chức năng của hộp số tự động:
Hộp số tự động hoạt động tương tự như hộp số truyền thống nhưng mang lại nhiều lợi ích hơn, bao gồm việc đơn giản hóa quá trình điều khiển và chuyển số một cách êm ái Với khả năng tự động chọn tỷ số truyền phù hợp, hộp số tự động giúp tối ưu hóa công suất động cơ mà không cần ngắt kết nối công suất trong quá trình sang số.
Vì vậy, hộp số tự động có những chức năng cơ bản sau:
Để tối ưu hóa công suất động cơ, cần thiết lập các cấp tỉ số truyền phù hợp nhằm điều chỉnh moment xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động Điều này giúp ứng phó hiệu quả với moment cản luôn thay đổi, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của phương tiện.
- Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động.
- Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc tách ly hợp.
Ngoài ra ECT còn có khả năng tự chẩn đoán.
1.1.5 Điều kiện làm việc của hộp số tự động
Hộp số tự động làm việc trong điều kiện tỷ số truyền luôn thay đổi vì vậy trong quá trình làm việc các chi tiết nhanh bị mài mòn.
Hộp số tự động nằm dưới gầm xe nên dễ bị bụi bẩn và có khả năng bị va đập gây hỏng hóc.
1.1.6 Ưu, nhược điểm của hộp số tự động a) Ưu điểm:
- Nó giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải chuyển số.
Hệ thống chuyển số tự động hoạt động mượt mà ở các tốc độ phù hợp với chế độ lái, giúp giảm bớt áp lực cho người lái trong việc thành thạo các kỹ thuật lái xe phức tạp như vận hành ly hợp.
Nó giúp bảo vệ động cơ và hệ thống dẫn động khỏi tình trạng quá tải, nhờ vào việc kết nối bằng thủy lực qua biến mô, mang lại hiệu quả tốt hơn so với kết nối cơ khí.
Hộp số tự động hoạt động dựa trên ly hợp thủy lực hoặc biến mô thủy lực, cho phép tách nối công suất từ động cơ đến hộp số thông qua chuyển động của dòng thủy lực từ cánh bơm sang tua bin mà không cần cơ cấu cơ khí Điều này giúp loại bỏ sự ngắt quãng dòng công suất, mang lại hiệu suất cao lên đến 98%.
- Thời gian sang số và hành trình tăng tốc nhanh.
- Không bị va đập khi sang số, không cần bộ đồng tốc. b) Nhược điểm
- Kết cấu phức tạp hơn hộp số cơ khí.
- Tốn nhiều nhiên liệu hơn hộp số cơ khí.
Biến mô kết nối động cơ với hệ thống truyền động thông qua việc chuyển động dòng chất lỏng giữa hai mặt trong hộp biến mô Khi hoạt động, hiện tượng “trượt” có thể xảy ra, dẫn đến giảm hiệu suất sử dụng năng lượng, đặc biệt là ở tốc độ thấp.
Tóm lại ta có thể tóm tắt một cách đầy đủ về các loại hộp số như sau:
Hộp số vô cấp Hộp số tự động có cấp
Hộp Số Vô cấp điều khiển bằng dây đai
Hộp Số Vô cấp điều khiển bằng con lăn
Hộp Số Có Cấp loại thường
Hộp Số Có Cấp loại điện tử
Số tự động loại chuyển số bằng Côn điều khiển Thủy lực
Số tự động loại thường chuyển số bằng Côn và
Phanh.Đi ều khiển thủy lực
Số tự động chuyển số bằng côn điều khiển Thủy lực và Điện
Số tự động chuyển số bằng điều Côn và Phanh khiển Thủy lực và Điện Tử(ECT,E CU). Đặc Điểm:
CVT vận hành trên một hệ thống pu-li, dây đai thông minh, hệ thống này cho phép Đặc Điểm:
Loại hộp số CVT vận hành trên một hệ thống đĩa con lăn thông minh, hệ thống Đặc Điểm:
Sử dụng biến mô và côn để vào số một cách tự động.Điều khiển chuyển số Đặc Điểm:
Sử dụng biến mô và côn, phanh để chuyển số một cách tự Đặc Điểm:
Sử dụng biến mô và côn để vào số một cách tự động.
Chuyển số bằng côn điều khiển Đặc Điểm:
Sử dụng biến mô, côn và phanh để chuyển số tự động, cho phép điều khiển một cách linh hoạt giữa số thấp nhất và số cao nhất mà không có sự ngắt quãng Hệ thống này hoạt động dựa trên nguyên lý thủy lực thuần túy, mang lại khả năng biến thiên mượt mà và hiệu quả trong việc chuyển số.
Thủy lực và Điện Tử (ECT,
ECU). chuyển số bằng Thủy lực và Điện
* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số tự động
Hiện nay, hộp sô tư động trên xe có 3 cụm bộ phận chính
2 Bộ truyền động bánh răng hành tinh.
3 Bộ điều khiển thủy lực (đối với hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực) hoặc bộ điều khiển điện tử kết hợp thủy lực (đối với hộp số điều khiển bằng điện tử) Ngoài ra, trên hộp số tự động còn có các cơ cấu và các hệ thống điều khiển khác như: cơ cấu chuyển số cơ khí, hệ thống làm mát dầu hộp số, hệ thống khóa cần số (shift-lock system), hệ thống khóa công tắc máy(keyinterlocksystem)
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các phần tử điều khiển HSHT
Các loại Phanh dải
Trong hệ thống hộp số tự động, phanh dải có chức năng khóa một chi tiết với vỏ hộp số hoặc khóa trục bị động khi chọn số ở vị trí “P” Cấu tạo của phanh dải bao gồm bề mặt trụ của chi tiết khóa, gọi là tang trống, và hai đầu phanh có cấu trúc đa dạng tùy thuộc vào cơ cấu điều khiển Phanh dải được chia thành hai loại chính.
Điều khiển trực tiếp là phương pháp tác động điều khiển vào một đầu của dải phanh thông qua xy lanh điều khiển, trong đó một đầu được tựa trên vỏ Hệ thống này cho phép điều chỉnh một trong hai đầu của phanh khi cần thiết.
*Loại điều khiển tác động kép vào cả 2 đầu, được gọi là kết cấu servo a Một số kết cấu phanh dải điều khiển một đầu
Dải phanh được làm từ thép lá mỏng, với bề mặt trong được phủ một lớp atbet dày từ 0,8 đến 1,2mm để tạo ma sát Cấu trúc hai đầu của dải phanh tạo ra các điểm tỳ, trong khi tang trống có hình dạng trụ tròn Giữa hai bề mặt làm việc có một khe hở nhỏ cho phép tang trống quay tự do, khe hở này được điều chỉnh bởi cơ cấu bu lông Khi phanh, momen ma sát được truyền qua các đầu tỳ và tác động vào vỏ hộp số.
Hình 1-11 Cấu tạo của phanh dải trên hộp số NISSAN BLUBIRD a) Cấu tạo chi tiết ; b) Mặt cắt
Cụm pittong xy lanh điều khiển nằm trên vách ngăn của hộp số, với một đầu cần đẩy tỳ vào pittong và đầu kia tỳ vào điểm tỳ của phanh dải Hệ thống này sử dụng hai pittong điều khiển: pittong lớn để đóng phanh và pittong bé nằm trong pittong lớn để mở phanh Hệ thống thủy lực dẫn dầu từ hai thùng tới xy lanh, với một đường dầu có áp suất cao và đường còn lại là đường hồi Cấu trúc này giúp quá trình đóng mở phanh diễn ra nhanh chóng, đảm bảo chuyển số dứt khoát và êm dịu, được gọi là xy lanh pittong kép.
+ Phanh dải của hang FORD (H 1-12)
Cấu trúc này tương tự như hình 1-11, với đòn tỳ ở dạng đòn nối nhằm tăng khả năng tự lựa cho cơ cấu, đảm bảo tiếp xúc đều trên toàn chu vi của dải phanh Đầu tỳ tựa lên vỏ, tạo điều kiện thuận lợi để điều chỉnh khe hở giữa dải phanh và tang trống Đặc biệt, đầu vít tỳ nằm ở phần dưới của vỏ hộp số, cho phép điều chỉnh mà không cần tháo đáy dầu.
Hình 1-12 Cấu tạo phanh dải của hãng FORD
Phanh dải điều khiển một đầu sử dụng xy lanh điều khiển dạng đơn, được thiết kế với lò xo có độ cứng cao giúp nhả phanh nhanh chóng Một số loại phanh dải có cấu trúc đầu tựa cố định không thể điều chỉnh, như minh họa trong hình 1-13 Việc điều chỉnh được thực hiện trên đầu tựa điều khiển, và trong quá trình này, cần tháo đáy dầu của hộp số Công việc điều chỉnh thường diễn ra đồng thời với việc vệ sinh lưới lọc của hệ thống thủy lực Phanh dải điều khiển hai đầu cũng có những đặc điểm tương tự.
Phanh dải điều khiển hai đầu bằng một xy lanh tác dụng một chiều như trên hình 1-
14 Phần điều khiển có các đòn làm việc ở dạng liên đồng
Hình 1-13 Cấu tạo phanh dải của hãng FIAT
Cơ cấu điều chỉnh khe hở của dải phanh tang trống sử dụng cam tỳ giữa hai đoàn kéo, tạo điểm tựa khi hoạt động Loại phanh dải này hiệu quả trong việc tạo ra mô men phanh lớn, thích hợp cho các số truyền thấp mà vẫn đảm bảo kích thước kết cấu bên trong nhỏ gọn.
Hình 1-14 Cấu tạo dải hai đầu điều khiển của hãng FORD
Các loại phanh dải cần được kiểm tra và điều chỉnh định kỳ để đảm bảo hiệu quả làm việc Khe hở giữa dải phanh và tang trống ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phanh; nếu khe hở lớn dần theo thời gian, hiệu quả phanh sẽ giảm Trong quá trình tháo lắp, cần kiểm tra chất lượng bề mặt của dải phanh và tang trống để phát hiện các vết tróc rỗ và điều chỉnh khe hở cho phù hợp Phanh dải hoạt động trong môi trường dầu có độ bền cao, nhưng thường gặp hỏng hóc do không tuân thủ chế độ làm việc của hộp số Các nguyên nhân hư hỏng chủ yếu bao gồm việc sử dụng không đúng cách.
- Để cần chọn số ở vị trí thấp lại tăng chân ga quá mức với thời gian dài.
Dầu không đủ hoặc không đúng loại quy định có thể gây ra tình trạng nhiệt độ dầu tăng cao, dẫn đến việc nung nóng cục bộ dải phanh Hiện tượng này có thể làm bong tróc dải phanh và gây ra hiện tượng kẹt số bất thường.
Phanh dải được sử dụng để khóa trục di động của hộp số, có cấu trúc tương tự như các loại phanh khác Tuy nhiên, phanh dải thường được điều khiển thông qua cơ cấu cam, được dẫn động trực tiếp từ cam định vị của cần chọn số.
Các loại ly hợp khóa làm việc trong dầu
Trong hệ thống truyền động, ly hợp khóa là một thành phần quan trọng, thường được sử dụng cho hệ thống hộp số Số lượng ly hợp khóa phụ thuộc vào sơ đồ truyền lực của cụm truyền động trên xe Dạng ly hợp khóa thường gặp giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.
+ Khóa một bộ phận của CCHT với nhau tạo nên liên kết cùng quay với tốc độ như nhau.
Ly hợp khóa cho BMTL là thiết bị có chức năng khóa giữa bánh B và bánh T khi số vòng quay nT gần bằng nB, giúp đồng bộ hóa hoạt động của hai bánh Cả hai loại ly hợp này đều sử dụng áp lực dầu để điều khiển Cấu tạo của ly hợp khóa bao gồm hai bộ phận liên kết với nhau, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Ly hợp khóa là loại ly hợp ma sát nhiều đĩa hoạt động trong dầu, điều khiển bằng áp lực dầu từ hệ thống thủy lực Cấu tạo của nó bao gồm các đĩa ma sát với răng trong gắn vào phần thân trong và răng ngoài gắn vào một bộ phận khác tạo thành vỏ ly hợp Trên ô tô, có hai loại ly hợp khóa: ly hợp khóa đơn và ly hợp khóa kép.
+ Dạng ly hợp khóa đơn
Cấu tạo chung như hình 1-15a, các chi tiết của một ly hợp dạng này trên ôtô
NISSAN BLUEBIRD có cấu trúc ly hợp với các đĩa ma sát được sắp xếp thành cặp giữa đĩa răng trong và ngoài, khóa giữa trục và vỏ ly hợp Các đĩa này bao gồm một đĩa bằng thép chịu mài mòn và một đĩa có bề mặt ma sát làm từ vật liệu atbet hoặc hợp kim gốm sứ Ly hợp sử dụng đĩa ép dạng pittông với vành khăn cao su kín, tạo ra buồng chứa dầu giữa vỏ ly hợp và đĩa ép Đĩa ép được đẩy ra bởi lò xo dạng đĩa hoặc trụ, không ép đĩa ma sát, với cấu trúc ly hợp thường mở Lực ép lên các đĩa ma sát được cung cấp nhờ dầu cấp vào buồng chứa qua một đường dẫn dầu, điều khiển bởi van con trượt trong hệ thống dầu điều khiển các phần tử khóa.
Khi ly hợp mở, áp suất lò xo không tác động lên đĩa ép, tạo ra khe hở nhỏ giữa các đĩa ma sát từ 0,1 đến 0,05mm Hai phần tử của cụm ly hợp tách biệt hoàn toàn với nhau.
Khi có áp suất dầu điều khiển, đĩa ép sẽ di chuyển, đầu tiên thắng lực lò xo, sau đó ép các tấm ma sát vào nhau, tạo ra trạng thái đóng ly hợp Hai phần tử của CCHT được khóa chặt với nhau.
Khi áp suất dầu giảm, lực của lò xo sẽ đẩy dầu trở về hệ thống cung cấp và mở ly hợp, dẫn đến quá trình đóng mở diễn ra nhanh chóng Trong quá trình này, hiện tượng trượt và sinh nhiệt xảy ra, cùng với việc nạp và xả dầu thường gây biến động áp suất do thể tích khoan chất lỏng lớn Để đảm bảo điều khiển ly hợp khóa nhanh và êm dịu, có thể bổ sung các buồng tích năng giảm chấn trên đường dầu điều khiển.
Hình 1-15 Cấu tạo chung và các chi tiết chính của các ly hợp dạng đơn a) Cấu tạo chung b) ly hợp khóa dạng đơn trên NSSAN BLUBIRD
Ly hợp khóa kép là một bộ phận phổ biến trên ôtô, bao gồm hai ly hợp được lắp liền với nhau để hoạt động theo chức năng liên hoàn của hệ thống điều chỉnh CCHT Khi một ly hợp mở, ly hợp còn lại sẽ đóng, tạo ra sự điều khiển hiệu quả Hình 1-16 minh họa sơ đồ cấu tạo và quá trình điều khiển của ly hợp, trong khi hình 1- thể hiện cấu tạo của ly hợp khóa dùng trên ôtô con của hãng FORD.
17 Các răng cảu đĩa ở đây là dạng chữ nhật (trên một số xe khác có thể răng thân khai, hay tròn), các đĩa có thể di chuyển nhẹ nhàng trên rãnh khi không có lực ép.
Ly hợp bao gồm hai bề mặt tựa: một cố định và một di động, được ép bởi đĩa pittông Để dễ dàng lắp ráp, bề mặt tựa được khóa bằng vòng khóa Trong ly hợp, lò xo trụ và lò xo màng được sử dụng; khi áp suất dầu thấp, các đĩa ma sát có thể tách ra Khi ly hợp mở, dưới tác dụng của lò xo, các tấm ma sát tách ra và đồng thời đẩy dầu ra khỏi khoảng làm việc.
Hình 1-16 trình bày sơ đồ cấu tạo và quá trình điều khiển của ly hợp kép, bao gồm hai phần: a) sơ đồ cấu tạo và b) quá trình điều khiển Trong đó, t đại diện cho thời gian và p là áp suất dầu điều khiển, cùng với các ly hợp được đánh số 1 và 2.
Trên các pittông ép, vành khăn bao kín giúp đảm bảo pittông di chuyển và giữ kín dầu có áp suất Khe hở nhỏ khoảng 0,15mm giữa các tấm ma sát khi mở ly hợp sẽ tăng lên trong quá trình sử dụng, dẫn đến việc điều khiển chậm lại và ôtô rung giật Do đó, việc thay thế kịp thời là cần thiết, vì kết cấu không cho phép điều chỉnh như trong ly hợp chính.
Hình 1-17 Cấu tạo các chi tiết chính một ly hợp khóa của hãng FORD b Ly hợp khóa với vỏ hộp số
Trên HSHT ly hợp khóa một phần tử của CCHT với vỏ hộp số có hai dạng cấu trúc:
*Các đĩa có răng ngoài ăn khớp trực tiếp với vỏ hộp số và đứng yên.
Cấu tạo ly hợp khóa của ô tô SUBARU gồm các đĩa có răng ngoài ăn khớp qua vỏ bộ ly hợp, được cố định trên vỏ hộp số Thiết kế này thường được áp dụng vì khả năng tạo điều kiện bao kín khoang dầu điều khiển hiệu quả Hình 1-18 minh họa cấu tạo của hai ly hợp khóa trong bộ truyền số lùi và số thấp của hộp số tự động SUBARU.
Các khớp một chiều
Khớp một chiều trong hệ thống truyền động (HSHT) được lắp đặt ở bánh dẫn hướng của bơm màng tự động (BMTL) và trong cơ cấu điều khiển của các cơ cấu hoạt động (CCHT) Chức năng chính của khớp một chiều là xác định chiều quay giữa các phân tử có chuyển động tương đối Trong BMTL, khớp này cho phép bánh dẫn hướng quay mà không truyền tải lực Trong HSHT, khớp một chiều thực hiện tốt vai trò của phần tử điều khiển trong quá trình chuyển số và giúp giảm thiểu sự sai lệch vận tốc góc giữa các phần tử đang chuyển động.
24 đối Do vậy khớp một chiều thường đứng song song với ly hợp khóa làm nhiệm vụ của cơ cấu an toàn tránh quá tải cho ly hợp khóa.
Khớp một chiều có các dạng cấu tạo sau:
- Dạng trụ a Khớp dạng cam
Khớp một chiều dạng cam bao gồm hai vành trụ đồng tâm, mỗi vành trụ kết nối với một chi tiết khác nhau có chuyển động tương đối Giữa hai vành trụ, các cam hình vỏ đỗ nghiêng được đặt trên lò xo, giúp định vị và giữ cam trong vòng cách.
Lò xo có xu hướng đẩy cam nghiêng theo một chiều nhất định, tạo sự tiếp xúc giữa cam và các vành trụ Vị trí của cam cho phép khớp một chiều hoạt động trong trạng thái không tải hoặc có tải Trong hệ thống truyền động, các vành cam bên trong và bên ngoài có liên kết đa dạng, với một kết cấu tiêu biểu được mô tả trong hình 1-19a.
Hình 1-19 Cấu tạo các trạng thái làm việc của khớp dạng cam a) Cấu tạo ; b) trạng thái cam chịu tải ; c) trạng thái cam không chịu tải
Khi vành trong và ngoài cùng tốc độ hoặc vành trong có tốc độ lớn hơn vành ngoài
Khớp dạng trụ hoạt động theo chiều kim đồng hồ, bắt đầu ở trạng thái không chịu tải Khi có sự chuyển động tương đối giữa vành ngoài và vành trong, lò xo tỳ và lực ma sát từ đầu cam sẽ khiến cam xoay theo hướng chèn, khóa hai vành trụ lại với nhau, chuyển sang trạng thái chịu tải Nếu một trong hai vành trụ gắn cố định với vỏ, thì vành còn lại sẽ bị khóa đứng yên Ngược lại, nếu cả hai vành cam đều nằm trên chi tiết quay, chúng sẽ quay với tốc độ giống nhau.
Khớp này bao gồm một vành trụ trong trơn và một vành ngoài có chêm cong, tạo ra chiều rộng có bi thay đổi Các viên bi trụ nằm trong rãnh chêm và luôn được tỳ bởi các lò xo tỳ khác nhau Cấu tạo của khớp được minh họa trong hình.
Khớp một chiều dạng trụ hoạt động theo nguyên lý tương tự như khớp một chiều dạng cam, với các viên bi chạy vào vị trí hẹp để tạo ra trạng thái khóa Sự di chuyển của viên bi bị ảnh hưởng bởi chiều quay và độ nghiêng của mặt chêm, đồng thời phụ thuộc vào lực ma sát tác động lên viên bi.
Khớp một chiều dạng trụ trên ôtô có các dạng sau:
- Viên bi đặt tự do, việc khóa hoặc mở khớp phụ thuộc vào lực ly tâm tác dụng vào viên bi.
- Viên bi nằm trong rãnh chêm và được tỳ bời các lò xo độc lập.
- Viên bi nằm trong rãnh chêm và được tỳ bời một lò xo chung
Hình 1-21 Cấu tạo khớp dạng trụ đặt trên bánh D của BMTL
Trên hình 1-21 là cấu tạo khớp một chiều dạng trụ đặt trên bánh D của BMTL.
Các khớp một chiều có khả năng chịu quá tải trong thời gian ngắn, nhưng nếu tình trạng này kéo dài, sẽ gây hư hỏng bề mặt cam và làm mất khả năng hoạt động Đặc biệt, khớp một chiều dạng bi yêu cầu ít dung trong hệ thống hạ tầng, do khả năng chịu tải của chúng tương đối thấp.
Khớp một chiều là thiết bị tự động có độ nhạy cao, cho phép điều khiển việc khóa hoặc mở dựa vào góc nghiêng của mặt chêm Khi tiến hành tháo lắp, việc kiểm tra độ nhẵn bóng của bề mặt làm việc là rất quan trọng.
Cơ cấu khóa trục bị động
Cơ cấu khóa trục bị động của hộp số là cơ cấu an toàn khi ôtô đứng yên tại chỗ
Khóa trục bị động hoạt động khi cần chuyển số về vị trí “P” (Parking), đảm bảo an toàn cho xe Do tính năng an toàn này, khóa trục bị động không tham gia vào quá trình truyền số của hệ thống Hầu hết các ôtô sử dụng cơ cấu kiểu “cóc hãm”, trong khi một số ôtô khác sử dụng phanh dải.
Trên hình 1-22 là cơ cấu khóa trục bị động kiểu “cóc hãm” của ôtô FORD với
CCHT kiểu RAVIGNEAUX được minh họa qua hình 1-23, cho thấy cấu tạo của cơ cấu khóa trục bị động trên ôtô NISSAN và SUBARU Hình 1-24 mô tả cấu tạo tương tự trên ôtô MERCEDES Khóa trục kiểu “cóc hãm” bao gồm vành răng ngoài đặt trên trục bị động của hộp số, cóc hãm có mỏ tỷ vào vành răng, cho phép xoay quanh trục nhỏ.
Hình 1-22 Cấu tạo cơ cấu khóa trục bị động của FORD.
Hình 1-23.Cấu tạo cơ cấu khóa trục bị động của NISSAN và SUBARU.
Hình 1-24 Cấu tạo cơ cấu khóa trục bị động của MERCEDES.
Cóc hãm luôn mở nhờ lò xo, với một con trượt cam thực hiện việc đóng mở cóc hãm, điều khiển qua cần chọn số bằng dây cáp, trục quay và đòn xoay Cơ cấu này cần được điều chỉnh cùng với cam quay định vị của cần chọn số Hệ thống khóa trục bị động HSHT là cơ cấu an toàn cho ôtô khi đỗ, giúp người lái rời khỏi xe mà không lo ôtô tự bò, tuy nhiên vẫn cần kéo phanh tay theo quy định của các hãng.
Mặt khác khi xe đang chuyển động không được phép đặt cần chọn số vào vị trí P
Khi xe đang di chuyển, hiện tượng khóa trục bị động đột ngột có thể xảy ra, dẫn đến quá tải cho hệ thống truyền lực (HTTL) và gây ra tình huống xe quay ngoặt bất ngờ, tiềm ẩn nguy hiểm.
Hệ thống van
Thân van bao gồm một thân van trên và một thân van dưới.
Thân van giống như một mê cung gồm rất nhiều đường dẫn để dầu hộp số chảy qua.
Nhiều van được lắp đặt trong các đường dẫn, trong đó có van điều khiển áp suất thủy lực, giúp chuyển mạch chất lỏng từ đường dẫn này sang đường dẫn khác.
Thông thường, thân van gồm:
• Van điều áp sơ cấp
• Van điện từ (số 1, số 2)
• Van điều áp thứ cấp
Số lượng van phụ thuộc vào kiểu xe, một số kiểu xe có các van khác với các van nêu trên.
2.5.1 Van điều áp sơ cấp: a Vai trò của các bộ phận
Van điều áp sơ cấp có chức năng điều chỉnh áp suất thủy lực, đảm bảo áp suất cơ bản phù hợp với từng bộ phận của hệ thống Điều này giúp tối ưu hóa công suất động cơ và giảm thiểu tổn thất công suất bơm.
Khi áp suất thủy lực từ bơm dầu tăng, lò xo van bị nén và cửa xả mở, giữ áp suất dầu cơ bản ổn định Áp suất bướm ga cũng được điều chỉnh qua van; khi góc mở tăng, áp suất cơ bản cũng tăng để ngăn trượt li hợp và phanh Tại vị trí “R”, áp suất cơ bản tiếp tục được tăng cường để đảm bảo không xảy ra trượt li hợp và phanh.
Van điều khiển kết nối với cần chuyển số và thanh nối hoặc cáp Khi cần chuyển số được điều chỉnh, van điều khiển sẽ chuyển mạch đường dẫn dầu, cho phép dầu hoạt động theo từng vị trí chuyển số.
Các loại cáp thường được sử dụng trong xe FF (động cơ ở phía trước, dẫn động bánh trước), trong khi thanh nối chủ yếu được áp dụng cho xe FR (động cơ ở phía trước, dẫn động bánh sau).
2.5.3 Van Chuyển Số a Vai trò của các bộ phận
Ta chuyển số bằng cách thay đổi sự vận hành của các li hợp và phanh.
Các van chuyển số trong hệ thống chuyển mạch đường dẫn dầu đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh áp suất thủy lực tác động lên phanh và li hợp Hệ thống này bao gồm các van chuyển số 1-2, 2-3 và 3-4, đảm bảo quá trình vận hành diễn ra mượt mà và hiệu quả.
Ví dụ: Van chuyển số1-2
Khi áp suất thủy lực tác động lên van chuyển số phía trên, hộp số sẽ được giữ ở số 1 Điều này xảy ra do van chuyển số nằm ở vị trí dưới cùng và các đường dẫn dầu đến các li hợp và phanh bị cắt.
Khi áp suất thủy lực bị ngắt do hoạt động của van điện từ, lực lò xo sẽ đẩy van lên, mở đường dẫn dầu tới B2 và chuyển hộp số sang số 2.
Van điện từ hoạt động nhờ các tín hiệu từ ECU động cơ & ECT để vận hành các van chuyển số và điều khiển áp suất thuỷ lực.
Có hai loại van điện từ: van điện từ chuyển số và van điện từ tuyến tính Van điện từ chuyển số mở và đóng các đường dẫn dầu dựa trên tín hiệu từ ECU, trong khi van điện từ tuyến tính điều khiển áp suất thủy lực theo dòng điện từ ECU.
Các van điện từ chuyển số đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi số liệu, trong khi các van điện từ tuyến tính được sử dụng chủ yếu để điều khiển áp suất thủy lực một cách hiệu quả.
Van bướm ga điều chỉnh áp suất dựa trên góc độ bàn đạp ga thông qua cáp và cam bướm ga Áp suất này tác động lên van điều áp sơ cấp, từ đó điều chỉnh áp suất cơ bản theo mức độ mở của van bướm ga.
Một số kiểu xe điều khiển áp suất bướm ga bằng một van điện từ tuyến tính
(SLT) thay cho van bướm ga.
Các loại xe này điều khiển áp suất bướm ga thông qua ECU động cơ và ECT, chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến vị trí van bướm ga (góc mở bàn đạp ga) tới van điện từ tuyến tính.
2.5.6 Van điều áp thứ cấp
Van điều chỉnh áp suất bộ biến mô và áp suất bôi trơn, giúp cân bằng hai lực này để điều chỉnh áp suất dầu của bộ biến mô và áp suất bôi trơn.
Áp suất bộ biến mô được cung cấp từ van điều áp sơ cấp và được truyền tới van rơle khoá biến mô.
Van điều chỉnh áp suất ngắt giảm tác động lên van bướm ga, được kích hoạt bởi áp suất cơ bản và áp suất bướm ga Tác động này giúp giảm áp suất bướm ga, ngăn ngừa tổn thất công suất không cần thiết từ bơm dầu Van điều biến bướm ga đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Van này tạo ra áp suất điều biến bướm ga, thấp hơn so với áp suất khi bướm ga mở to Điều này giúp áp suất điều biến tác động lên van điều áp sơ cấp, điều chỉnh các thay đổi trong áp suất cơ bản cho phù hợp với công suất phát ra của động cơ Bộ tích năng cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Cảm biến
2.6.1 Cảm biến vị trí bướm ga :
Cảm biến gắn trên bướm ga có chức năng cảm nhận mức độ mở của bướm ga và gửi dữ liệu này dưới dạng tín hiệu điện đến ECU, từ đó điều khiển thời điểm chuyển số và khóa biến mô.
- A140E là kiểu mà ECU động cơ được gắn giữa vị trí cảm biến bướm ga ECT ECU như hình vẽ dưới.
Cảm biến vị trí bướm ga chuyển đổi tuyến tính vị trí mở bướm ga thành tín hiệu điện Một điện áp ổn định 5V được cung cấp cho điện cực Vc từ nguồn điện.
- Khi bướm ga trượt dọc điện trở theo góc mở bướm ga điện áp tác dụng lên cực Vta tỉ lệ với góc này.
ECU động cơ chuyển đổi điện áp VTA thành 1 trong 8 tín hiệu khác nhau về góc mở bướm ga, giúp ECT ECU nhận biết chính xác góc mở của bướm ga.
- Những tín hiệu này bao gồm các tập hợp khác nhau của các điện áp cao và thấp tại cực L1, L2, L3 hoặc IDL của ECT ECU như bảng dưới.
- Khi bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cho tín hiệu IDL với cực E, gửi tín hiệu đến ECT ECU để báo rằng bướm ga đóng hoàn toàn.
Sau khi ECT ECU nhận tín hiệu L1, L2, L3 và IDL, nó điều chỉnh góc mở của bướm ga thành điện áp từ 0V đến 8V Điều này giúp kỹ thuật viên xác định xem góc mở của bướm ga từ cực TT có được đưa vào một cách bình thường hay không.
2.6.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát:
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn mức quy định, hiệu suất động cơ và khả năng tải sẽ suy giảm nếu hộp số chuyển sang tỉ số truyền cao hơn Để ngăn chặn tình trạng này, các tín hiệu được gửi đến ECU nhằm hạn chế việc chuyển lên tỉ số truyền cao cho đến khi nhiệt độ nước làm mát đạt yêu cầu.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát hoạt động dựa trên nguyên lý nhiệt điện trở, chuyển đổi nhiệt độ thành tín hiệu điện và truyền tải đến ECU động cơ để điều chỉnh hiệu suất.
Nếu nhiệt độ nước làm mát giảm xuống dưới một nhiệt độ xác định (tức 60°)
ECU động cơ truyền tín hiệu đến OD1 của ECU ECT, ngăn hộp số chuyển lên O/D và ngăn ly hợp khóa biến mô hoạt động Trong một số loại xe, việc chuyển lên số 3 cũng bị hạn chế trong thời điểm này.
ECU động cơ có chức năng dự phòng quan trọng; khi cảm biến nhiệt độ nước làm mát gặp sự cố như hở hoặc chập mạch, ECU sẽ tự động giả định nhiệt độ nước làm mát là 800°C, mà không cần dựa vào nhiệt độ thực tế.
2.6.3 Cảm biến tốc độ: Để đảm bảo rằng ECT ECU luôn nhận được thông tin đúng về tốc độ bánh xe, các tín hiệu được nhập vào ECT ECU nhờ 2 cảm biến tốc độ. Để đạt được độ chính xác hơn nữa, ECT ECU liên tục so sánh tín hiệu này để xem chúng có giống nhau hay không
Cảm biến này được lắp đặt trong đồng hồ tốc độ, có chức năng thay thế cảm biến tốc độ chính khi gặp sự cố Nó tạo ra 4 xung cho mỗi vòng quay của dây công tơ mét.
Nếu cả hai tín hiệu tốc độ đều chính xác, tín hiệu từ cảm biến số 2 sẽ được sử dụng để điều khiển thời điểm chuyển số sau khi so sánh với tín hiệu từ cảm biến số 1 Trong trường hợp tín hiệu từ cảm biến tốc độ số 2 bị sai, ECU sẽ lập tức bỏ qua tín hiệu này và chỉ sử dụng tín hiệu từ cảm biến số 1 để điều khiển thời điểm chuyển số Hệ thống sẽ phát ra mã chuẩn đoán số 62 khi hiện tượng này xảy ra, và mã chuẩn đoán số 42 cũng sẽ hiển thị nếu cảm biến số 1 gặp vấn đề.
Cảm biến tốc độ số 2:
Một mô tơ gắn nam châm bên trong được kết nối với trục dẫn động bánh răng của hộp số Khi trục quay một vòng, nam châm kích thích công tắc lưỡi gà trên trục cảm biến chính, tạo ra tín hiệu tương ứng với áp suất ly tâm trong hộp số điều chỉnh thủy lực hoàn toàn Tín hiệu này được gửi đến ECU, giúp điều khiển thời điểm chuyển số và hoạt động của ly hợp khóa biến mô Cảm biến phát ra xung trong vòng quay thứ cấp.
III Kết luận và đánh giá
Trong hệ thống thủy lực (HSTD), sự thay đổi các số truyền được thực hiện nhờ vào chế độ làm việc của động cơ và mômen cản tác động lên hệ thống Các cảm biến theo dõi liên tục quá trình thay đổi này, tạo ra tín hiệu điều khiển và thông qua cơ cấu thừa hành, tác động vào phần tử điều khiển của hệ thống.
Trong quá trình chuyển đổi giữa các số truyền, các phần tử điều khiển sẽ được đóng hoặc mở theo một quy luật thời gian nhất định Để tránh tình trạng hộp số hoạt động ở hai số truyền cùng lúc, các phần tử mở sẽ được kích hoạt trước khi các phần tử đóng thực hiện chức năng của chúng Các phần tử này bao gồm các cơ cấu ma sát hoạt động trong dầu, giúp đảm bảo điều kiện làm việc bền bỉ và cho phép quá trình chuyển số diễn ra nhanh chóng và êm ái.
Trong quá trình chuyển số tự động, các cơ cấu ma sát luôn hoạt động với sự trượt, dẫn đến việc tăng nhiệt độ và tổn thất công suất truyền Nhiệt độ cao có thể làm giảm độ nhớt của dầu nhờn, ảnh hưởng xấu đến chế độ bôi trơn của các chi tiết Để khắc phục tình trạng này, các phần tử điều khiển trên ôtô con đang được cải tiến liên tục nhằm nâng cao hiệu quả điều khiển, giảm thiểu tổn thất ma sát và tăng độ bền cho các cơ cấu.