Xây dựng quy trình thiết kế và đánh giá hệ thống truyền lự vô ấp sử dụng bộ truyền đai kiểu cvt

Vựng lực kộo của ụ tụ ứng với đường đặc tớnh tiết kiệm nhiờn liệu 82 Trang 9 9 LỜINểI ĐẦUTruyền lực vụ cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT continuously variable transmission, một khỏi n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô và xe chuyên dụng

1.1 Giới thiệu chung về sự phát triển của ô tô và hệ thống truyền lực 11 1.2 Giới thiệu về hệ thống truyền lực cơ khí nói chung 15

1.3 Tổng quan về hệ thống truyền lực vô cấp kiểu CVT 18

1.3.3 Các đặc điểm cơ bản của HTTL vô cấp kiểu CVT 25

1.5 Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận văn 30

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỐI HỢP ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 32

3

2.1.2 Đường đặc tính tốc độ cục bộ hay đường đặc tính bộ phận 36

2.2.3 Đặc tính của HTTL vô cấp sử dụng bộ truyền đai CVT 56 Chương 3 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC PHỐI HỢP GIỮA ĐỘNG CƠ VÀ

HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÔ CẤP KIỂU CVT 60 3.1 Tính toán kéo chuyển động thẳng ô tô có HTTL cơ khí 60

3.2.1 Nhiệm vụ của tính toán kéo thiết kế HTTL vô cấp 72 3.2.2 Xác định tỷ số truyền cho các cụm chi tiết trong HTTL vô cấp CVT 72 3.2.3 Xây dựng đặc tính kéo cho HTTL kiểu CVT đã thiết kế 74 3.3 So sánh đặc tính kéo của ô tô khi lắp HTTL cơ khí thường và khi có

3.4 Xác định vùng làm việc hiệu quả của động cơ khi có CVT 79

4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Những nội dung trình bày trong luận văn này do chính tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Nguyễn Trọng Hoan, các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè, đồng nghiệp Nội dung của Luận văn hoàn toàn phù hợp với tên Đề tài đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Bạch Thảo Nguyên

6

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1 Tỷ số truyền khi thiết kế truyền động ô tô con2 49 Bảng 3.1 Các thông số của xe Corolla Altis 1.6 60

Bảng 3.2 Kết quả tính toán đặc tính ngoài động cơ xe Altis 1.6 62

Bảng 3.3 Kết quả tính toán lực kéo xe Toyota Altis 1.6 65 Bảng 3.4 Kết quả tính toán nhân tố động lực học 67 Bảng 3.5 Kết quả tính toán gia tốc của xe Toyota Altis 1.6 70 Bảng 3.6 Kết quả tính toán lực kéo ô tô có HTTL vô cấp 75 Bảng 3.7 Kết quả tính toán nhân tố động lực học và gia tốc 77 Bảng 3.8 Bảng so sánh chất lượng động lực học HTTL cơ khí và HTTL vô cấp 79Bảng 3.9 Giá trị công suất, mô men động cơ theo số vòng quay trục khuỷu

7

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang Hình 1.1 Chiếc xe do George Selden thiết kế vào năm 1877 11 Hình 1.2 H ệthống truy n lề ực trên ô tô 15 Hình 1.3 Các cụm chi tiết chính của HTTL vô cấp 18 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý c a truy n ng ai ủ ề độ đ 19 Hình 1.5 Sơ đồ ấ ạ ộ ố c u t o h p s vô c p ki u VaRiomatic ấ ể 20 Hình 1.6 Cơ cấu đảo chi u quay c a Variomatic ề ủ 21 Hình 1.7 Sơ đồ ấ ạ ộ ố c u t o h p s vô c p ki u Continusly variable transaxle ấ ể 22 Hình 1.8 Các trạng thái làm việc hộp s Continusly variable transaxle ố 23 Hình 1.9 Hệ ố th ng truy n l c ECVT trên ô tô LANCIA Y 10 Selectronic ề ự 24 Hình 1.10 Phối hợp hoạt động của động cơ và HTTL 25 Hình 1.11 Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của

Hình 2.1 Đường đặc tính tự điều chỉnh của động cơ điêzen 33 Hình 2.2 Đường đặc tính tốc độ ngoài của độngcơ xăng 34

Hình 2.5 Biểu đồ động cơ sơ đồ hình củ hành), lượng tiêu hao nhiên liệu (

Hình 2.6 Biểu đồ vận tốc/tốc độ động cơ, tỷ số truyền hộp số 40 Hình 2.7 Giá trị tham khảo tỷ số truyền hộp số với những dạng xe khác nhau 41 Hình 2.8 Những tốc độ thiết kế xác định iA, mincho hệ thống truyền lực 43 Hình 2.9 Lựa chọn tỷ số truyền cao nhất của ô tô con 44 Hình 2.10 Lựa chọn các tỷ số truyền của hệ thống truyền lực dưới số vòng

Hình 2.11 Đồ thị tốc độ động cơ của xe buýt 8 số 2 dải truyền lực 47 Hình 2.12 Các bước số Ảnh hưởng của đồ thị lực kéo và đồ thị vận tốc/tốc

8

Hình 2.14 Đồ thị đặc tính không thứ nguyên của biến mô thủy lực 53 Hình 2.15 Đặc tính tải trọng của hệ thống động cơ- biến mô thủy lực 54 Hình 2.16 Đường đặc tính ra của hệ thống động cơ- biến mô thủy lực 55 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý c a truy n ng ủ ề độ đai 56 Hình 2.18 Đồ thị lực kéo của ô tô có HTTL vô cấp 58 Hình 2.19 Đồ thị đặc tính động lực học của ô tô có HTTL vô cấp 59 Hình 3.1 Đường đặc tính ngoài động cơ xe Toyota Altis 1.6 63 Hình 3.2 Đồ thị lực kéo chuyển động thẳng xe Toyota Altis 1.6 66 Hình 3.3 Đồ thị nhân tố động lực học ô tô corolla Altis 1.6 67 Hình 3.4 Đồ thị gia tốc của ôtô corolla Altis 1.6 71 Hình 3.5 Đồ thị lực kéo chuyển động thẳng ô tô có HTTL vô cấp 76 Hình 3.6 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô có HTTL vô cấp 78 Hình 3.7 Đồ thị gia tốc của ôtô khi có HTTL vô cấp 78 Hình 3.8 Đồ thị lực kéo của ôtô khi lắp CVT ở chế độ tiết kiệm nhiên liệu nhất 81 Hình 3.9 Vùng lực kéo của ô tô ứng với đường đặc tính tiết kiệm nhiên liệu 82

9

LỜI NÓI ĐẦU

Truyền lực vô cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT (continuously variable transmission), một khái niệm do Leonardo da Vinci đưa ra từ hơn 500 năm trước Tuy nhiên phải đến năm 1989 thì mới xuất hiện chiếc xe đầu sử dụng hộp số vô cấp CVT Ngày nay hộp số vô cấp CVT đang dần thay thế cho hộp số cơ khí có cấp vàhộp số tự động sử dụng bánh răng hành tinh ở một số loại xe Có rất nhiều hãng ô

tô, bao gồm: General Motors, Audi, Honda và Nissan đang sử dụng hệ thống truyền động CVTcho các dòng xe của mình

Loại hộp số CVT có điểm chung là vận hành trên một hệ thống bánh đai ròng rọc (pulley) thông minh, cho phép thay đổi tỉ số truyền một cách liên tục trong giới hạn nhất định mà không không có sự ngắt quãng giữa các bước số So với số sàn (HTTL cơ khí có cấp) thì thấy số tự động có những ưu điểm nổi bật như: tự động đổi số, mô men được truyền liên tục, động lực không bị ngắt quãng Thích -nghi với mọi loại đường, điều khiển dễ dàng, an toàn thoải mái cho người sử dụng; tải trọng động nhỏ, tuổi thọ chi tiết cao Kết cấu gọn nhẹ, vận hành êm dịu không có hiện tượng “giật” khi sang số, khả năng đáp ứng tốt với các loại tải trọng cũng như điều kiện đường xá

Tuy vậy CVT cũng có rất nhiều nhược điểm đó là kết cấu phức tạp, giá thành cao, khó sửa chữa và nhược điểm lớn nhất của loại hộp số này là phạm vi công suất

bị giới hạn bởi khả năng tải của dây đai, độ bền và tuổi thọ của dây đai Kiểu hộp số CVT về cấu tạo có vẻ đơn giản nhưng thực tế việc tính toán thiết kế và công nghệ chế tạo lại hết sức phức tạp Các chi tiết phải được tính toán thiết kế rất chính xác, đặc biệt là phải lựa chọn được chế độ phối hợp làm việc tốt giữa động cơ với HTTL

vô cấp CVT

Trong thiết kế HTTL thì giữa động cơ- HTTL- ô tô có mối liên hệ chặt chẽ

và kết quả cuối cùng của quá trình thiết kế HTTL được đánh giá bằng vận tốc của ô

tô Do đó vấn đề đặt ra khi thiết kế HTTL là trong quá trình làm việc của ô tô thì động cơ hoạt động ở chế độ tốt nhất (mô men lớn nhất để tạo lực kéo lớn và tăng

10

tốc nhanh, lượng tiêu hao nhiên liệu nhỏ, độ hao mòn thấp) Đây là vấn đề tương đối khó khăn, nhất là đối với xe sử dụng HTTL vô cấp CVT vì trong hệ thống này thường bao gồm các cụm chi tiết phức tạp như bộ biến mô men và hộp số sử dụng dây đai Việc tính toán, thiết kế và ghép nối phối hợp làm việc giữa chúng với động

cơ để đạt được chất lượng động lực học tốt nhất cho xe là vấn đề đặc biệt khó khăn, cần phải có những nghiên cứu sâu rộng để giải quyết điều này

Xuất phát từ thực tế trên, tôi chọn đề tài: “Xây dựng quy trình thiết kế và đánh giá hệ thống truyền lực vô cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT” Với mục

đích là “trên cơ sở lý thuyết chung về HTTL ô tô và hiểu biết của bản thân về HTTL

vô cấp từ đó phân tích đưa ra một quy trình thiết kế HTTL vô cấp kiểu CVT hợp lý nhất và đánh giá những ưu nhược điểm của HTTL này Đây là một lĩnh vực nghiên ”.cứu khá mới mẻ và tương đối phức tạp, y vọng kết quả của đề tài sẽ góp phần đ h áng

kể trong khai thác, sử dụng các loại xe ô tô có HTTL kiểu CVT

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.Nguyễn Trọng H oan, các

thầy giáo, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này!

01 tháng 01 3

Hà nội, ngày năm 201TÁC GIẢ LUẬN VĂN

11

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung về sự phát triển của ô tô và hệ thống truyền lực

Chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng động cơ xăng (động cơ Otto) được Karl Benz phát minh ra ở Đức năm 1885 Đây là “chiếc ô tô đầu tiên được thiết kế và chế tạo theo đúng nghĩa” Mặc dù Karl Benz được công nhận là người sáng tạo ra chiếc

ô tô hiện đại, nhưng nhiều kỹ sư người Đức khác cũng đã làm việc để chế tạo ra những chiếc ô tô khác trong cùng thời gian như: Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach ở Stuttgart năm 1886 Trong số những thiết bị mà Karl Benz phát minh cho xe hơi có chế hoà khí, hệ thống điều chỉnh tốc độ cũng được gọi là chân ga, đánh lửa sử dụng các tia lửa điện từ một ắc quy, bugi, khớp ly hợp, sang số, và làm mát bằng nước Ông đã chế tạo thêm các phiên bản cải tiến năm 1886 và 1887, đưa vào sản xuất năm 1888 chiếc xe hơi đầu tiên trên thế giới Chúng được lắp các động

cơ bốn thì theo thiết kế của riêng ông

Chiếc ô tô Hoa Kỳ đầu tiên bằng động cơ đốt trong chạy nhiên liệu gas đã được thiết kế năm 1877 bởi George Selden ở Rochester- New York Ông đã xin cấp bằng sáng chế cho một chiếc ô tô năm 1879

Hình 1.1 Chiếc xe do George Selden thiết kế vào năm 1877

12

Ngày 5 tháng 11 năm 1895, George B Selden được trao bằng sáng chế của Hoa Kỳ cho một động cơ ô tô hai thì Bằng sáng chế này gây trở ngại nhiều hơn là góp phần phát triển ôtô ở Mỹ Các ôtô dùng động cơ hơi nước, điện và xăng đã cạnh tranh với nhau trong nhiều thập kỷ, cuối cùng động cơ xăng đốt trong đã giành ưu thế áp đảo trong thập niên 1910

Ransom E Oldsmobile, người sáng tạo ra ây chuyền lắp rápd và sản xuất ô

tô lớn đầu tiên năm 1902, sau này được Henry Ford phát triển thêm trong thập kỷ

1910 Kỹ thuật ô tô phát triển nhanh chóng, một phần nhờ sự cạnh tranh lẫn nhau giữa hàng trăm nhà sản xuất Những phát triển quan trọng gồm hệ thống đánh lửa

và tự khởi động điện, bộ treo độc lập và phanh bốn bánh Các loại xe ngày càng được i tiến và thay đổi về thiết kế Xe hơi không chỉ đơn thuần là một công cụ cơ cảkhí được hoàn thiện mà kể từ những năm 1920 gần như tất cả đã được sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu cầu thị trường và yêu cầu của người dùng Alfred P Sloan

là người thiết lập ý tưởng nhiều kiểu xe được sản xuất bởi một hãng Những kiểu khác nhau này dùng chung một số linh kiện do vậy số lượng sản xuất nhiều sẽ làm giảm giá thành cho từng mệnh giá khác nhau

Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô luôn gắn liền với sự ra đời và phát triển của các loại HTTL nói chung và hộp số nói riêng Được ví như trái tim của hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô men, tốc độ làm việc của động cơ sao cho phù -hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên đường Kể từ khi phát minh nổi tiếng của George Selden về bộ truyền động cầu trước kết hợp với động cơ 3 xi lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi, có rất ít ý tưởng mới phù hợp ản phác Bthảo đầu tiên của hộp số cận đại do hai kỹ sư người Pháp, Louis-Rene Panhard và Emile Levassor đưa ra vào năm 1894 Thời kì đó, kết cấu truyền động khá đơn giản bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền bánh răng côn Xe chỉ có thể chạy với tốc độ đa

32 km/h Khi gặp vật cản trên đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp Panhard and Levassor nổi danh không những chỉ với riêng hộp số mà còn toàn bộ hệ thống truyền lực Lần này, họ đã có chiếc xe đầu tiên sẵn sàng chạy khi đạp ga Bên cạnh

đó họ cũng đã có rất nhiều thay đổi về ý tưởng Thực tế, nó là một mẫu đã đáp ứng

13

được hầu hết các yêu cầu của xe được xây dựng vào những năm 90 và cả những năm sau đó Không giống như mẫu xe hiện thời, thiết kế mới có động cơ đặt dọc phía trước, truyền công suất ra cầu sau thông qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp và cầu chuyển động bằng xích Nó gần giống như hệ thống truyền lực trên các xe hiện đại, nhưng chưa có vi sai và bán trục chủ động

Vào năm 1898 Louis Renault kết nối công suất thành công từ động cơ đặt , dọc, qua hộp số tới cầu sau “sống” bằng trục kim loại Cầu sau “sống” hay còn gọi

là vi sai cầu sau Vì đã khắc phục vấn đề mòn lốp, nên phát minh này được hầu hết các nhà sản xuất ôtô áp dụng Vi sai bao gồm một cụm bánh răng ăn khớp làm nhiệm vụ phân chia công suất cho hai bánh của cầu sau Nó cho phép bánh phía ngoài quay nhanh hơn bánh trong khi xe quay vòng

Năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard Levassor đã được hiện thực hóa bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô Dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác thì chúng vẫn còn được sử dụng cho đến thời gian gần đây và đã có những cải tiến, thay đổi quan trọng nhất là trang bị bộ đồng tốc cho phép quá trình ăn khớp giữa cách bánh răng diễn ra một cách dễ dàng, không phát sinh va đập Khoảng thời gian

-kể từ khi hộp số sàn xuất hiện cho đến thời điểm phát minh ra bộ đồng tốc, có một phát minh khác cũng nhằm đơn giản quá trình sang số Đó chính là hộp số có cấu tạo từ bộ truyền bánh răng hành tinh, xuất hiện lần đầu tiên trên mẫu Ford Model T

1908 Ngày nay, bộ truyền hành tinh được sử dụng trên hộp số tự động là chủ yếu

Kể từ khi hộp số Panhard-Levassor ra đời, tất cả các phát minh hay cải tiến khác đều nhằm mục đích làm cho quá trình sang số dễ dàng hơn Tất nhiên dễ nhất

là quá trình chuyển số được thực hiện một cách tự động Sturtevant, giới thiệu hộp

số tự động đầu tiên vào năm 1904 Quả văng ly tâm điều khiển sự ăn khớp của các bánh răng theo tốc độ Quá trình sang số không cần đến sự đóng mở của ly hợp Tuy nhiên bộ truyền này gặp lỗi, trọng lượng thường lệch bề một bên

Reo đã có một sự cố gắng đầy ý nghĩa vào năm 1934 khi cho ra đời hộp số Reo Self-Shifter gồm hai bộ truyền mắc nối tiếp Bộ truyền thứ nhất tự động chuyển

số bằng cách điều khiển quá trình đóng mở ly hợp ma sát nhiều đĩa theo tốc độ xe

14

Bộ truyền thứ 2 được điều khiển bằng tay nhưng chỉ sử dụng khi động cơ cần tỷ số truyền thấp

Năm 1937, Oldsmobile tung ra hộp số bán tự động 4 cấp được gọi là “ hộp số

an toàn tự động” Tài xế không cần sử dụng tới bàn đạp ly hợp và cần số khi xe chuyển từ số 1 sang số 2 hoặc từ 3 lên 4 Áp suất dầu điều khiển bộ truyền hành tinh Điểm sang số được thiết lập sẵn theo tốc độ động cơ Đã có 28.000 chiếc Oldsmobile

1938 trang bị hộp số này Khía cạnh an toàn mà các nhà sản xuất đưa ra ở đây: lái xe

có thể tập trung trên đường nhiều hơn vì không cần thao tác chuyển số Trên cơ sở đóhộp số GM Hydra-Matic xuất hiện vào năm 1939 Hydra-Matic gồm 3 bộ truyền bánh răng hành tinh, điều khiển thủy lực Bộ kết nối thủy lực làm nhiệm vụ truyền công suất từ động cơ sang hộp số thay cho ly hợp Tuy đây không phải hộp số tự động, nhưng nó là hộp số tiêu chuẩn cùng kết nối thủy lực, không có ly hợp

Ý tưởng đã có từ lâu, nhưng đến năm 1948 hộp số tự động hoàn toàn mới xuất hiện, sử dụng biến mô thủy lực và bộ truyền bánh răng hành tinh như ngày nay Chiếc Buick Roadmaster vinh dự là mẫu xe đầu tiên trang bị Dynaflow, một trong những mẫu hộp số tự động hiện đại

Các nhà nghiên cứu về ô tô cho rằng phát triển cuối cùng có lẽ là hộp số tự động vô cấp kiểu CVT Một điều thú vị là sau hơn 100 năm phát triển, người ta lại quay trở về với bộ truyền động đai Quá trình hình thành và phát triển của CVT có thể tóm tắt như sau:

+ Năm 1490- Leonardo da Vinci phác thảo những ý tưởng đầu tiên về CVT+ Năm 1886 Hộp số CVT đầu tiên được đăng ký bản quyền.-

+ Năm 1935 Adiel Dodge đã đăng ký bản quyền CVT tại Mỹ.-

+ Năm 1939 - Hộp số tự động hoàn toàn đầu tiên dựa trên hệ bánh răng hành tinh

+ Năm 1958 Nhà sản xuất xe hơi Daf (Hà Lan) sản xuất CVT cho xe hơi -

hộp số với tên gọi Variomatic

+ Năm 1989 Subaru Justy GL là chiếc xe đầu tiên được bán tại Mỹ có trang -

bị CVT

15

+ Năm 2002 - Saturn Vue lắp CVT được giới thiệu

+ Năm 2004 Ford bắt đầu đưa CVT vào dõy truyền sản xuất của mỡnh - + Hiện nay Nissan, Toyota hai là hóng đi đầu trong cụng nghệ CVT khi đưa thiết bị này lờn hầu hết cỏc mẫu sedan và thể thao đa dụng SUV

Như vậy hệ thống truyền lực vụ cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT đúng một vai trũ đặc biệt quan trọng trong sự phỏt triển ngành ụ tụ Nú được xem là phỏt minh cuối cựng, đỉnh cao nhất trong tương lai cho HTTL trờn ụ tụ Do đú việc nghiờn cứu, đỏnh giỏ HTTL vụ cấp CVT một cỏch toàn diện cú ý nghĩa to lớn đối với cỏc kỹ sư ngành ụ tụ

1.2 Giới thiệu về hệ thống truyền lực núi chung

HTTL bao gồm cỏc cụm nối giữa động cơ và bỏnh xe chủ động Hệ th ng ốtruyề ự ủn l c c a ụ tụ cú tỏc d ng truy n chuyụ ề ển động (tốc độ gúc, lực ho c mụ men ặ

xo n) t ắ ừ động cơ đến cỏc bỏnh xe ch ng Tr s c a l c hay mụ men xo n này cú ủ độ ị ố ủ ự ắthể thay đổi, tựy theo điều ki n làm vi c c a ụtụ đảm bảo thay đổi lực kéo và tốc ệ ệ ủ

độ của xe trong dải rộng

Hỡnh 1.2 H ệ thống truy n l ề ực trờn ụ tụ

Cú rất nhiều loại HTTL khỏc nhau, đối v i cỏc xe ụ tụ hiớ ện nay thường s ử

d ng hai loụ ại chớnh là HTTL cơ khớ cú cấp và HTTL vụ c p ấ

16

HTTL cơ khí có cấp thông thường bao g m: Li h p, h p s chính, h p phân ồ ợ ộ ố ộ

ph i, c u ch ng, trố ầ ủ độ ục các đăng, bánh xe Còn HTTL vô cấp thường bao g m các ồ

cụm chính là: Bộ biế n mô men, h p s vô c p và có th có ly h pộ ố ấ ể ợ

Công dụng chính c a hủ ệ ố th ng truy n lề ực là:

- Truyền và bi n i mô men xo n t ng cế đổ ắ ừ độ ơ đến bánh xe ch ng sao ủ độcho phù h p gi a ch làm vi c cợ ữ ế độ ệ ủa động c và mô men c n sinh ra trong quá ơ ảtrình ô tô chuyể độn ng

- C t dòng công su t trong th i gian ng n hoắ ấ ờ ắ ặc dài

- Thực hiệ đổn i chi u chuy n ng giúp ô tô chuy n ng lùi ề ể độ ể độ

- T o kh n ng chuy n ng êm d u và thay ạ ả ă ể độ ị đổi tốc độ ầ c n thi t trên ế đường 1.2.1 Ly h p ợ

Ly hợp được đặt giữa độ ng c và h p s Có nhi m v ơ ộ ố ệ ụ đóng và ngắt công suấ ừ đột t ng cơ đến h th ng truy n l c C t truy n ng t ng cệ ố ề ự ắ ề độ ừ độ ơ đến h th ng ệ ốtruyề ựn l c nhanh và d t khoát trong nh ng tr ng h p c n thi t như khi chuy n s ứ ữ ườ ợ ầ ế ể ố

m t cách êm d u Nó c ng cho phép ng c hoộ ị ũ độ ơ ạt động khi xe d ng và không cừ ần chuyể ộ ố ề ốn h p s v s trung gian

Công dụng chính của li hợp:

- Nối động c v i h ơ ớ ệ thống truy n l c m t cách êm d u và ng t truyề ự ộ ị ắ ền

động n h p s m t cách nhanh chóng, d t khoát trong nh ng tr ng h p đế ộ ố ộ ứ ữ ườ ợ

c n thi t (khi chuy n s , khi phanh) ầ ế ể ố

- Khi ch u t i quá l n ly h p óng vai trò nh m t c c u an toàn nhị ả ớ ợ đ ư ộ ơ ấ ằm tránh quá tải cho h ốệth ng truy n l c và ng c ề ự độ ơ

1.2.2 H p s ộ ố

Mô men sinh ra bởi động c h u nh không i Tuy nhiên khi kh i ng ơ ầ ư đổ ở độ

ho c khi lên d c xe òi h i mô men quay ph i l n h n, còn khi xe ch y t c ặ ố đ ỏ ả ớ ơ ạ ở ố độcao mô men quay l n l i không c n thi t n a H p s là cớ ạ ầ ế ữ ộ ố ụm đặt trên ô tô đểgiải quy t v n này b ng cách thay i t s ế ấ đề ằ đổ ỷ ốtruyền nh m bi n công suằ ế ất đầu ra của

động cơ thành mô men và t c quay phù h p v i i u ki n xe ch y ố độ ợ ớ đ ề ệ ạ Công dụng chính của hộp số là:

17

- Biế đổn i mô men xo n c a độắ ủ ng cơ truy n t i các bánh xe sao cho phù ề ớ

h p v i các ợ ớ chế độ tải

- Tăng mô men dẫn độ ng bánh xe khi ôtô khởi động và leo d c ố

- D n ng các bánh xe ẫ độ đạt được ố độ t c cao khi c n thi t ầ ế

- Đảo chiều chuyển ng cđộ ủa ôtô

- Cắt chuyển độ ng từ ng cđộ ơ đến bánh xe ch ng (tay s ủ độ ốN)

Hiện nay trên các xe ô tô dùng hai loại hộp số là: Hộp số cơ khí thường và hộp số tự động Với hộp số tự động lại được chia làm hai loại là hộp số tự động có cấp và hộp số tự động vô cấp Khi tài x dang lái xe có h p s ế ộ ốthường, c n sang sầ ốđược s d ng chuy n s khi p chân ga nh m mử ụ để ể ố đạ ằ ục đích t ng tă ốc độ xe Khi lái

xe lên d c hay khi ng c không có lố độ ơ đủ ự đểc leo d c t i s ang ch y, h p s ố ạ ố đ ạ ộ ố được chuyể ề ố ấn v s th p Vì các lý do trên, nên i u c n thiđ ề ầ ết v i lái xe là ph i thớ ả ường xuyên nh n biậ ết tải và tốc độ độ ng cơ để chuyển s m t cách phù h h p s t ố ộ ợp Ở ộ ố ự

động, nh ng nhữ ận bi t nh v y c a lái xe là không c n thiế ư ậ ủ ầ ết, lái xe không cần phải

chuyể ốn s mà vi c chuy n s lên hay xuệ ể ố ống n s thích h p nhđế ố ợ ất được thực hi n ệ

m t cách tộ ự độ ng tại thời đ ểm thích hợp nhất theo tải động c và ti ơ ốc độ xe

Công dụng chính của cầu xe:

- Truyền công su t t ấ ừtrục chủ động đến các bánh xe sau

- Thay đổi hướng quay của trục chủ độ ng m t góộ c 900 quay tr c bánh xe để ụ

- T o ra s gi m t c cu i cùng gi a tr c truyạ ự ả ố ố ữ ụ ền động và bánh xe thông qua các bánh răng truyền động cu i cùng ố

18

- Chia t ng mụ men xo n t i cỏc bỏnh xe ch ng ổ ắ ớ ủ độ

- Cho phộp sai lệch tốc độ a cỏc bỏnh xe khỏc nhau trong khi xe quay vũng giữ

- Nõng đỡ ng l ng c u sau, toàn b h ng treo và strọ ượ ầ ộ ệthố ắt xi

- Tỏc động như một thành ph n mụ men ầ xoắn khi cú gia t c ố

1.3 Tổng quan về hệ thống truyền lực vụ cấp kiểu CVT

Truyề độn ng vụ c p cú nhi u lo i: truy n ng b ng ai, truy n ng ma sỏt, ấ ề ạ ề độ ằ đ ề độtruyề độn ng thu t nh, truy n ng h n hỷ ĩ ề độ ỗ ợp,…Truyề độn ng vụ c p ma sỏt và m t s ấ ộ ố

d ng truy n ng vụ c p khỏc thỡ hi u suạ ề độ ấ ệ ất thấp, khụng đỏp ứng được cỏc ch ỉtiờu

c a ngành ụ tụ bờn c nh ủ ạ đú ại cú những nhượl c đ ểi m lớn nờn ớt được sử dụng Truyề độn ng vụ c p CVT lo i truy n ng ai ấ ạ ề độ đ đượ ức ng dụng nhiều hơn cả trong ngành ụ tụ

HTTL vụ c p ki u CVT s dấ ể ử ụng trờn ụ tụ thường bao g m cỏc c m chớnh là: ồ ụ

B bi n mụ men th y lộ ế ủ ực, hộ ốp s vụ c p và cú th ấ ểcú ly hợp

Hỡnh 1.3 Cỏc cụm chi tiết chớnh của HTTL vụ cấp

Điểm khỏc biệt lớn nhất giữa HTTL cơ khớ cú cấp và HTTL vụ cấp sử dụng

bộ truyền đai kiểu CVT đú là trong HTTL vụ cấp cú sử dụng hộp số vụ cấp CVT Hụp số CVT cú đầy đủ chức năng của một hộp số thụng thường như: truyền, biến

đổi mô men và số vòng quay từ động cơ đến bánh xe chủ động, ảm bảo khởi đ

động và quay không tải với thời gian tuỳ ý (cắt dòng công suất từ động cơ đến bánh chủ động với thời gian tuỳ ý) ảm bảo lùi xe, trích công suất ra các cụm , đchuyờn dụng Ngoài ra hộp số CVT cũn cú một số tớnh năng khỏc như:

- Điều khi n tể ốt hơn trong dả ố ội t c đ cho phép của động cơ.

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của CVT

Nguyên lý hoạt động của CVT dựa trên nguyên lí làm việc chung của bộ truyền động đai Sơ đồ nguyên lý chung của bộ truyền đaitrong HTTL vô cấp kiểu CVT như sau:

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý c a truy n ng ai ủ ề độ đ

Truyền động đai có cấ ạ ồm bánh đai u t o g chủ động, bánh đai ị động và đai b truyền có chi u dài ề không đổi.Bánh đai chủ động và bánh đai bị động đều được cấu

t o t hai kh i hình nón, m t kh i c nh và m t kh i có th d ch chuy n theo dạ ừ ố ộ ố ố đị ộ ố ể ị ể ọc trục và thay đổi kho ng cách gi a hai kh i hình nón Do v y khi m t nả ữ ố ậ ộ ửa bánh đai làm việc tăng bán kính và một bánh đai khác giảm bán kính để cho dây đai luôn luôn bám ch t vào gi a hai kh i hình nón Ta có t s ặ ữ ố ỷ ốtruyền là t s c a bán kính ỷ ố ủquay trên bánh đai chủ động và bán kính quay trên bánh đai bị độ ng:

T s ỷ ốtruyền i: i = d2/d1

d2: Đường kính của bánh đai bị độ ng

d1: Đường kính của bánh đai ch ng ủ độ

Nguyên lý hoạt động c a CVTủ : Khi động cơ hoạt động thì làm cho bánh đà quay, li h p nh n chuyợ ậ ển động t ừ bánh đà và truyền chuyển động quay t i puli ch ớ ủ

động, chuyển động quay hay năng lượng được truy n t i puli b ề ớ ị động thông qua đai

20

truyề Ở đây năng ợng đượn lư c truy n tề ới cơ cấu vi sai và qua các bán tr c t i bánh ụ ớ

xe ch ng K t qu là làm cho xe chuyủ độ ế ả ển động Việc thay đổ ỷ ối t s truyền được

thực hiện b ng cách thay i bán kính làm viằ đổ ệc của h puli do h ốệ ệth ng th y l c hay ủ ự

bi văng và xi lanh chân không điều khi n Viể ệc đảo chi u quay c a h ề ủ ệ puli được thực hiệ ằn b ng h bánh răng hành tinh ệ

ta căn cứ vào kiểu hộp số CVT Trên một số xe hiện đại ngày nay thường dùng một

số loại hộp vô cấp CVT sau:

a) H p s ộ ố vô cấp CVT kiểu “VaRiomatic”.

Hình 1.5 Sơ đồ ấ ạ c u t o h p s vô c p ki u VaRiomatic ộ ố ấ ể

21

H p s vô c p kiộ ố ấ ểu “VaRiomatic” sử ụ d ng b ộtruyề động đai, có khả năng n thay đổi đường kính làm vi c C u t o chính c a nó là hai b truyệ ấ ạ ủ ộ ền đai hình thang cao su có bánh đai tự động thay đổi đường kính truy n l c ề ự Hai bánh đai chủ độ ng

có b ộtruyền đai cao su riêng, các bánh đai đượ ấ ạo từc c u t hai n a Ph n c nh và ử ầ ố đị

phần di động, b ng h ằ ệthống bi văng li tâm, các nửa bánh đai di động có th n gểtiế ần hay tách xa nửa bánh đai cố định, thay đổi đường kính làm vi c c a b ệ ủ ộtruyền đai Nhờ có thay đổi được tỷ ố s truy n liên t c, t c là th c hi n bi n đ i vô c p trong h ề ụ ứ ự ệ ế ổ ấ ệthống truy n l c ng l c củề ự Độ ự a xe truy n t ề ừ động cơ qua li hợp ma sát khô, làm vi c ệtheo nguyên lý li h p t ng ly tâm Gi a li h p và b truyợ ự độ ữ ợ ộ ền đai có bộ truyền bánh răng côn gồm hai bánh răng bị độ ng v i mớ ột bánh răng chủ độ ng, làm việc ởhai ch n, lùi ế độtiế

B ộ truyền bánh răng côn có tỷ ố tr ề ố đị s uy n c nh là cặp bánh răng thường

kh p (hình 1.6) ớ

Hình 1.6 Cơ cấu đảo chi u quay c a Variomatic ề ủ

1 Bánh răng côn dẫn h ng; 2,3 Bánh r ng côn quay l ng không trên trướ ă ồ ục chủ

động c a CVT; 4 Tr c ch ng c a h p s ; 5 bánh ai ch ng ủ ụ ủ độ ủ ộ ố đ ủ độ

Các bánh r ăng côn lớn đặt quay trơn trên trục ngang thông qua các bi Các ổbánh răng côn truy n l c t i các bán tr c ngang b ng khề ự ớ ụ ằ ớp răng di trượt A Kh p ớrăng A gắn then hoa trên tr c ngang và có th ụ ể di trượ ềt v hai phía nh m t n ng g t, ờ ộ ạ ạtương ứng v i tr ng thái ti n và lùi cớ ạ ế ủa xe Các vành răng ngoài của khớp răng ăn

22

kh p v i vành ớ ớ răng trong của bánh răng côn lớn Khi khớp răng ở ị v trí trung gian tương ứng v i tr ng thái ng t dòng truy n l c t i các b truyớ ạ ắ ề ự ớ ộ ền đai, khi đó hệ ố th ng truyền l c không truy n mô men t i bánh xe và có th ến hành điềự ề ớ ể ti u chỉnh động

cơ Nếu chuy n sang s ti n hoể ố ế ặc lùi khi động cơ có số vòng quay nh , xỏ e đứng yên, n u ế tăng số vòng quay động cơ có thể gây nên đóng li hợ ự độp t ng và ô tô s ẽchuyể độn ng

b) Hộp số vô cấp “Continusly variable transaxle”

Vào những năm đầu c a thủ ập niên 80, đã s dử ụng dây đai bằng kim lo i có ạ

kh ả năng uốn mềm mại thay th ế cho dây đai cao su Để tăng hiệu qu ảtruyề ựn l c kéo cho dây đai kim loại thì c u tấ ạo dây đai kim loại có răng và các phầ ửn t làm vi c ệ ởtrạng thái chịu nén ban đầu Hi u su t truy n lệ ấ ề ực tăng đáng kể kho ng 95% so v i ả ớ

h p s ộ ốcó cấp

Hình 1.7 Sơ đồ ấ ạ c u t o h p s vô c p ki u Continusly variable transaxle ộ ố ấ ể

1 Bánh ai ch ng; 2 ai truy n; 3 vi sai; 4 c c u o chi u quay; 5 bánh ai đ ủ độ đ ề ơ ấ đả ề đ

b ng ị độ

23

Hộp số này lắp trên xe FORD FIESTA Động cơ nằm ngang, cầu trước ch ủ

động theo hướng truy n mô meề n trên bánh đà động cơ

Hình 1.8 Các trạng thái làm việc hộp s Continusly variable transaxle ố

a) Tr ng thái khi xe ti n; b) Tr ng thái khi xe lùi ạ ế ạ

Các li h p khóa có k t cợ ế ấu tương tự như trong hộp s hành tinh d ng li hố ạ ợp nhi u ề đĩa và được ép b i h ở ệ thống điều khi n th y l c Li h p 2 khóa b truyể ủ ự ợ ộ ền hành tinh l i, toàn b ạ ộ cơ cấu hành tinh thành m t khộ ối cứng và t o nên chuyạ ển động tiến Mô men truy n tr c ti p tề ự ế ới bánh đai chủ độ ng không gây t n th t truy n l c ổ ấ ề ựBánh răng ngoại luân của cơ cấu hành tinh n i v i li h p khóa 4 Khi khóa c ng ố ớ ợ ứbánh răng ngoại luân v i v h p sớ ỏ ộ ố, đồng th i li h p khóa 3 m nên tr c b ng ờ ợ ở ụ ị độ

của cơ cấu hành tinh cùng các ph n phía sau c a h ng truy n l c quay ầ ủ ệthố ề ự ngược chiều, th c hi n chuyự ệ ển động lùi B truy n hành tinh làm nhi m v i chi u quay ộ ề ệ ụ đổ ề

của ô tô

C u t o chính c a h p s vô c p ki u CTX là b ấ ạ ủ ộ ố ấ ể ộ truyền động đai: Bánh đai

có c u t o hai n a Vấ ạ ử ới bánh đai chủ độ ng, n a c nh liên k t c ng trên tr c ra ử ố đị ế ứ ụ

của cơ cấu hành tinh, nửa di động có th ể di trượ ọt d c tr c V i ụ ớ bánh đai bị độ ng nửa

c nh g n li n v i tr c ra (tố đị ắ ề ớ ụ ức là bánh răng chủ độ ng c a h p gi m t c) N a di ủ ộ ả ố ử

động luôn luôn ch u lị ực ép ban đầu b i lò xo tr ong buở ụtr ồng th y l c c a xy lanh ủ ự ủđiều khi n các nể ửa bánh đai di động chịu tác động c a h th ng th y l c ủ ệ ố ủ ự

24

c) Hộp số vô cấp (Elek Continously Variable Transmission ) ECVT

Các b ph n chính c a vô c p ECVT bao gộ ậ ủ ấ ồm: Bánh đai chủ động, đai

truyền kim loại, bánh đai bị độ ng, li hợp điệ ừ ần t , c u ch ng (hình 1.9) ủ độ

Hình 1.9 Hệ ố th ng truy n l c ECVT trên ô tô LANCIA Y 10 Selectronic ề ự

1 Li hợp điệ ừ; 2.Bánh đai bị động; 3 Dây đai kim loạn t i; 4 Bánh đai ch độ ủ ng; 5

B ộ truyền s lùi; 6 B ố ộ truyề ực cần l u xe

Li h p dùng cho h p s này là li hợ ộ ố ợp đ ệ ừi n t Li hợp đ ệ ừi n t bao g m tang ồtrống ngoài g n v i bánh ầ ớ đà động c , rôto bên trong có các cu n dây qu n g n v i ơ ộ ấ ắ ớ

h p s Gi a tang tr ng và rôto là l p b t kim lo i ép Hoộ ố ữ ố ớ ộ ạ ạt động c a li h p i n t ủ ợ đ ệ ừđược th c hi n nh b i u khi n i n t theo nguyên lý: i u ch nh dòng i n ự ệ ờ ộ đ ề ể đ ệ ừ đ ề ỉ đ ệtrong rôto và làm thay i l c t t ng gi a ph n ch ng và b ng ph đổ ự ừ ườ ữ ầ ủ độ ị độ ụthuộc vào các tín hi u l y t các c m bi n c a c n ch n s ( D hay L) thì li h p mệ ấ ừ ả ế ủ ầ ọ ố để ở ợ ở, bánh xe không có l c kéo Khi t ng l ng cung c p nhiên li u, dòng i n trong rôto ự ă ượ ấ ệ đ ệ

t ng lên, kích hoă ạt tấm bột kim loại từ hóa đóng li hợp và d n tẫ ới khởi hành ô tô

25

1.3.3 Các đặc điểm cơ bản của HTTL vô cấp kiểu CVT Đặc điểm về phối hợp (

làm việc giữa động cơ và CVT)

Trong HTTL vô cấp kiểu CVT thường sử dụng hai cụm chi tiết chính là bộ biến mô men thủy lực và hộp số CVT, ngoài ra còn một số cụm chi tiết khác Đây là những cụm tương đối phức tạp khi tính toán thiết kế và phối hợp làm việc giữa chúng và động cơ Việc phối hợp hoạt động của động cơ với HTTL và xe là bài toán động lực học dọc của ô tô Mục tiêu của bài toán là tối ưu hóa hệ thống động truyền lực, nhờ đó mà động cơ và các bộ phận của HTTL sẽ được liên kết với nhau một cách hợp lý nhất nhằm đạt được ác chỉ tiêu đồng bộ gồm: Công suất; ức tiêu hao c mnhiên liệu; ức ô nhiễm khí xả; m tính tiện nghi

Quá trình này được thực hiện theo cả hai chiều: động cơ tới HTTL và ngược lại Tuy nhiên, trong thực tế, đặc tính của động cơ cần được ưu tiên đáp ứng, vì vậy quá trình đồng bộ phải tập trung vào việc điều chỉnh đặc tính của HTTL cho phù hợp với đặc tính của động cơ

Hệ thống truyền lực nằm trung gian giữa động cơ và mặt đường, nó biến đổi các yêu cầu từ mặt đường sao cho phù hợp với khả năng đáp ứng của động cơ Nghĩa là, vùng tốc độ làm việc của động cơ phải phù hợp với dải tốc độ của xe Tương tự như vậy, đặc tính mô men của động cơ phải đáp ứng được các yêu cầu về lực kéo tại các bánh xe chủ động Đặc tính của động cơ cùng với vùng biến thiên tỷ

số truyền của HTTL được kết hợp với nhau để hình thành vùng đáp ứng về lực kéo của tổ hợp động cơ – HTTL Một trong những tiêu chí cơ bản của quá trình kết hợp động cơ với HTTL là duy trì động cơ hoạt động trong vùng tiết kiệm nhiên liệu

26

Mômen và tốc độ động cơ có thể được tự do lựa chọn với truyền động vô cấp nhưng chúng phải được xác định trên đường đặc tính công suất yêu cầu và trong biểu đồ hoạt động xác định bởi tỷ số truyền tổng của hộp số Ở đây, tốc độ động cơ

và tỷ số truyền của hệ thống truyền lực có quan hệ trực tiếp với nhau

Mức tiêu hao nhiên liệu chịu ảnh hưởng lớn của tỷ số truyền của HTTL Trong chế độ vận hành không gia tốc, trạng thái làm việc được thể hiện trên đồ thị bằng cả vùng đối với truyền lực vô cấp – CVT nằm giữa các đường lực cản TB từ tỷ

số truyền nhỏ nhất đến tỷ số truyền lớn nhất của HT động lực iểu đồ làm việc B thay đổi theo tốc độ tăng hoặc giảm khi có gia tốc, vì khi đó lực cản sẽ thay đổi

HTTL vô cấp CVTcho phép lựa chọn điểm làm việc của động cơ trên các đường hyperbol công suất yêu cầu theo một cơ chế được xác định trước Điểm hoạt động được lấy từ giao của đường T(P) với đường cong đặc trưng điều khiển Về

Hình 1.11 Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động cơ xăng 2.0l Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền nhỏ nhất (iA, min) và lớn nhất (iA, max) tạo thành vùng các điểm làm việc với chế độ không gia tốc

27

nguyên tắc cơ bản những điểm bên trong biểu đồ hoạt động đã bao phủ bằng toàn

bộ tỉ số truyền hộp số được đã được chọn (Hình 1.12 ) Trong trạng thái chuyển động ổn định trên một cấp số truyền, tất cả điểm điều hoạt động là bên trong biểu đồ hoạt động

Các tiêu chí điều khiển: Định hướng lượng tiết kiệm nhiên liệu

Định hướng công suất Sự trung hòaHình 1.12 Đặc tính động cơ với các tiêu chí điều khiển đối với HTTL vô cấp

Kết quả của sự khác nhau của đặc tính điều khiển, được định hướng theo hai tiêu chí là công suất hoặc lượng tiêu hao tối ưu (Hình 1.12) Đặc tính điều khiển tối

ưu trong điều kiện lượng tiêu hao nhiên liệu được cho bởi đường cong của lượng tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất Đặc tính điều khiển cho công suất tối ưu làm tăng lực kéo dư ở tất cả các điểm hoạt động

Hiệu suất truyền động là yếu tố quan trọng đối với HTTL Trong quá trình thiết kế HTTL vô cấp CVT cần đặc biệt quan tâm đến chỉ tiêu này Nhưng để nâng cao hiệu suất cho HTTL vô cấp là vấn đề rất khó khăn vì chúng ta đều biết các cụm

là không thể thực hiện được Ta chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu đó trong một giới hạn nào đó (thể hiện bằng một vùng theo đặc tính điều khiển) Do đó cần có những phân tích, đánh giá cụ thể để có thể đưa ra được phương án thết kế tối ưu cho HTTL

vô cấp CVT

1.4 Ưu nhược điểm của HTTL vô cấp kiểu CVT

Truyền động vô cấp CVT là truyền động biến thiên liên tục dạng biến đổi - mômen và tốc độ mà tỷ số truyền của nó có thể biến đổi liên tục không ngắt quãng dòng công suất Với sự tích hợp hệ thống điều khiển thông minh động cơ truyền - động, truyền động CVT có thể khai thác được toàn bộ hiệu suất của động cơ theo đúng đường cong đặc tính

1.4.1 Ưu điểm của CVT.

So sánh với số sàn (HTTL cơ khí có cấp) thì thấy CVT có những ưu điểmnổi bật như tự động đổi số, mô men được truyền liên tục, động lực không bị ngắt -quãng Thích nghi với mọi loại đường, điều khiển dễ dàng, an toàn thoải mái cho người sử dụng; tải trọng động nhỏ, tuổi thọ chi tiết cao Kết cấu gọn nhẹ, vận hành

êm dịu không có hiện tượng “giật” khi sang số, khả năng đáp ứng tốt với các loại tải trọng cũng như điều kiện đường xá, không bị tổn hao công suất khi leo lên dốc Những ưu điểm cụ thể của HTTL vô cấp kiểu CVT so với HTTL có cấp là:

+ Nâng cao v n t c trung bình c a xe ậ ố ủ

HTTL vô cấp CVT có t s truy n bi n thiên liên t c nên v n t c trung bình ỷ ố ề ế ụ ậ ố

s ẽ tăng hơn hộp s ố thường

+ Nâng cao tính chấ ộ t đ ng lực học.

Việc nâng cao chất lượng động l c h c c a h p s ự ọ ủ ộ ốCVT là do hộp số này có

t s ỷ ốtruyền thay đổi phù h p vợ ới việc thay đổi nhân tố độ ng lực học

29

+ Nâng cao mứ c đ ộ s d ng công suử ụ ất của động cơ.

+ Cải thiện đường đặc tính kéo c a xe ủ

Truyền động vô cấp cho phép thay đổi liên t c trong m t kho ng gi i h n giá ụ ộ ả ớ ạtrị mô men và tốc độ góc c a bánh xe ch ng sao cho phù h p vủ ủ độ ợ ới đường đặc tính kéo Nếu người điều khi n gi nguyên v ể ữ ị trí bàn đạp cung c p nhiên li u, công suấ ệ ất động cơ ổn định t i m t giá trạ ộ ị, khi đó đường đặc tính kéo c a ô tô bi n thiên g n ủ ế ầđúng với đường hyperpol

+ Truyền động êm

Do không có s n kh p gi a các chi ti t truy n ng, t s ự ă ớ ữ ế ề độ ỷ ố truyền liên tục nên l c kéo khi thay ự đổi tỷ ố truyề s n phát ra tại các bánh xe chủ độ ng là thay i giá đổtrị không l n l m ớ ắ

+ Giữ cho các chi ti t trong h th ng truy n l c an toàn ế ệ ố ề ự

Khi tốc độ quay c a tr c ch ng không thay i, l c c n l n t i các bánh ủ ụ ủ độ đổ ự ả ă ạ

xe ch ng l n h n giá tr c a l c kéo phát ra t i các bánh xe ch ng, thì ai ủ độ ớ ơ ị ủ ự ạ ủ độ đtruyền s b ượ ớẽ ịtr t v i bánh ai đ

+ Khả năng tăng tố c giữa xe l p CVT cao ắ

Khi nhấn bàn đạp ga c a chi c xe có l p CVT thì có s khác bi t ngay tủ ế ắ ự ệ ức thì Đồng h ồ tăng tốc độ vòng quay ng độ cơ (RPM) tiến v giá tr tề ị ốc độ vòng quay

mà nó t o ra nhi u công su t nh t và d ng lạ ề ấ ấ ừ ại ở con s ố này Ngay sau đó chiếc xe tăng t c m t cách t t mà ch c ch n không c n ph i vào s Theo lý thuy t chiố ộ ừ ừ ắ ắ ầ ả ố ế ếc

xe v i CVT có th t tớ ể đạ ốc độ 100 km/h nhanh hơn 25% so với xe cùng động cơ nhưng hộp s thư ng B i vì h p s vô cố ờ ở ộ ố ấp CVT luôn tận dụng được tối đa công suất của động cơ Xe l p h p s CVT c ng có hi u qu khi lên d c và xe không b ắ ộ ố ũ ệ ả ố ị

gi t b i vì CVT có t s ậ ở ỷ ốtruyền thay đổ ếi bi n thiên liên t c trong m t gi h n c ụ ộ ới ạ ố

định, do h p s t ng chuy n s ộ ố ự độ ể ố hay do người lái điều khi n ể

So với hộp số tự động có cấp (AT) dùng trên các dòng xe cao cấp kiểu hộp

số tự động vô cấp (CVT) có độ êm dịu tốt hơn hẳn Vì việc biến đổi tỷ số truyền trong hộp số tự động kiểu AT vẫn là sự thay đổi tỷ số truyền thống qua cơ cấu bánh răng hành tinh, trong khi đó hộp số CVT sử dụng bộ truyền đai thay đổi tỷ số truyền

vô cấp nên việc chuyển đổi êm hơn

30

1.4.2 Nhược điểm

Nhược điểm cơ bản của CVT là kết cấu phức tạp, giá thành cao, và khó sửa chữa Kiểu hộp số CVT về cấu tạo có vẻ đơn giản nhưng thực tế công nghệ chế tạo lại hết sức phức tạp Các chi tiết kim loại phải được tính toán và chế tác chính xác trong khi hệ thống điều khiển phải đảm bảo hộp số tương thích với tính năng của động cơ

Việc tính toán, thiết kế và ghép nối phối hợp làm việc giữa động cơ và CVT

để đạt được chất lượng động lực học tốt nhất cho xe là vấn đề đặc biệt khó khăn, cần phải có những nghiên cứu sâu rộng để giải quyết điều này

Bên cạnh đó, một trong những nhược điểm lớn nhất của loại hộp số này là phạm vi công suất bị giới hạn bởi khả năng tải của dây đai, độ bền và tuổi thọ của dây đai chưa cao, chính vì vậy, CVT chỉ phổ biến trên xe máy Hiện nay, cùng với

sự phát triển của khoa học và công nghệ, với những vật liệu được cải thiện giúp tăng tuổi thọ, khả năng chịu kéo của dây đai, hệ thống thủy lực tân tiến, và mới đây nhất là các bộ cảm biến và mạch vi xử lý cao tốc đang hứa hẹn một tương mới cho loại HTTL này

1.5 Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu ủa luận văn c

1.5.1 Mục tiêu của luận văn

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết chung về HTTL ô tô và HTTL vô cấp CVT, trong đó tập trung đi sâu nghiên cứu về sự phối hợp làm việc giữa động cơ với CVT

từ đó đưa ra được quy trình thiết kế hợp lý HTTL vô cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT nhằm đảm bảo trong quá trình làm việc động cơ hoạt động ở chế độ tốt nhất Ngoài ra trong luận văn còn khảo sát và xây dựng đặc tính kéo chuyển động thẳngcủaô tô sử dụng HTTL cơ khí thông thường và HTTL vô cấp kiểu CVT để đưa ra kết quả và những đánh giá chung đối với kiểuHTTL này

1.5.2 Nội dung của luận văn

Luận văn được trình bày gồm ba chương:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Trong chương này luận văn đề cập đến những vấn đề chung về sự phát triển ngành công nhiệp ô tô, sự hình thành

và phát triển của HTTL vô cấp kiểu CVT từ đó thấy được tầm quan trọng của

31

HTTL vô cấp kiểu CVT Phân tích các dạng HTTL vô cấp CVT, đặc điểm phối hợp làm việc giữa động cơ và CVT, bên cạnh đó đánh giá những ưu nhược điểm của HTTL kiểu CVT và đưa ra vấn đề cần nghiên cứu cho luận văn

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về phối hợp đặc tính động cơ đốt trong với HTTL Trong chương này trình bày lý thuyết chung về đặc tính của động cơ đốt trong, về HTTL ô tô nói chung và HTTL vô cấp nói riêng làm cơ sở cho việc xây dựng quy trình thiết kế và đánh giá HTTL vô cấp CVT

Chương 3: Tính toán chế độ làm việc phối hợp giữa động cơ và HTTL vô cấp kiểu CVT

Từ việc lựa chọn xe cơ sở và chọn tỷ số truyền của bộ truyền đai ta đi xác định tỷ số truyền của hộp giảm tốc và tỷ số truyền của truyền lực chính (cầu chủ động) Từ đó xây dựng đặc tính kéo cho HTTL kiểu CVT (đồ thị lực kéo, gia tốc, nhân tố động lực học) Cuối cùng ta có thể đánh giá được tính năng động lực học của ô tô và so sánh với dạng HTTL cơ khí thông thường Trong luận văn, tác giả đã

khảo sát HTTL vô cấp sử dụng bộ truyền đai CVT của một xe cụ thể (xe Toyota corolla Altis 1.6 )

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu

Trong luận văn tác giả chủ yếu dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với sử dụng phần mềm chuyên dụng để khảo sát đặc tính kéo của xe ô tô có HTTL cơ khí và HTTL vô cấp kiểu CVT (sử dụng phần mềm Matlab để tính toán, khảo sát đặc tính kéo)

32

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỐI HỢP ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

Để có thể xây dựng được quy trình thiết kế và đánh giá hệ thống truyền lực

vô cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT trước hết ta cần đi nghiên cứu tổng quan về đặc tính làm việc của động cơ việc phân chia và lựa chọn tỉ số truyền cho các cụm , trong HTTL, tính toán sức kéo của ô tô Nghiên cứu đặc tính làm việc của bộ biến

mô men và đặc tính làm việc của CVT làm cơ sở xây dựng đặc tính làm việc phối hợp của toàn bộ hệ thống

2.1 Đặc tính của động cơ đốt trong.

Động cơ đặt trên các máy kéo và ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại pitông Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế của động cơ được thể hiện rõ trên đường đặc tính làm việc của nó Tính chất hoạt động của động cơ ảnh hưởng rất lớn đến tính năng sử dụng của ô tô máy kéo Vì vậy cần thiết phải nắm vững các đường đặc tính của động cơ để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô máy kéo như nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động lực học của ô tô, máy kéo.Các đường đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại: đường đặc tính tốc độ

và đường đặc tính tải trọng

Đường đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne,

mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge (lượng chi phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc của trục khuỷu

Các loại động cơ điezen lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh tốc độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô men cản Mc) thay đổi Đường đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộc rất lớn vào đặc tính của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đường đặc tính tự điều chỉnh

Có hai loại đường đặc tính tốc độ :

− Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài

−Đường đặc tính cục bộ

33

Các đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng

2.1.1 Đường đặc ngoài của động cơ

Đường đặc tính ngoài nhận được khi khảo nghiệm động cơ ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thước nhiên liệu (ở động cơ điêden) ở vị trí cực đại hoặc mở hoàn toàn bướm ga (ở động cơ xăng) Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận được đường đặc tính cục bộ Như vậy ở các động cơ lắp bộ điều tốc đa chế (máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đường đặc tính ngoài và vô vàn đường đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga

Trên hình 2.1 biểu diễn đường đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ điêzen

Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn công suất động cơ đạt giá trị cực đại

Nemax và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu gemin, khi đó động cơ làm việc có hiệu quả nhất và được gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức ở chế độ này các chỉ tiêu của động cơ cũng có tên gọi tương ứng: công suất định mức Nn = Nemax, mô men quay định mức Mn và số vòng quay định mức nn Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức nn đến số vòng quay chạy không nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc Phần đồ thị tương ứng

34

khoảng tốc độ nn - nck được gọi là nhánh tự điều chỉnh (các đường đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn nn là nhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị có dạng đường cong) Ở nhánh quá tải công suất của động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng, tức là động cơ làm việc kém hiệu quả Ngoài ra, các chi tiết của động cơ sẽ chịu tải trọng lớn hơn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và còn một số nhược điểm khác nữa Do vậy không nên

sử dụng động cơ ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ được phép sử dụng để khắc phục các hiện tượng quá tải tức thời

Ở nhánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khi đạt giá trị cực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên thì mô men động cơ Me và tốc độ quay n sẽ giảm dần rồi ngừng quay vì lúc đó quá trình tự đốt cháy nhiên liệu không thực hiện được Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được với tải trọng Mc < Mmax

tương ứng với tốc độ quay n > nM

Đối với động cơ xăng, đường đặc tính cũng có có dạng tương tự như động cơ điêden, tuy nhiên nó cũng có những đặc điểm khác nhau nhất định Trên hình 2 là đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a) và khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b)

a) b)

Hình 2.2 Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng

a− không có hạn chế số vòng quay; b− có bộ hạn chế số vòng quay

35

Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và được xác định như sau:

n

maxM

M

=M

K (2.1) trong đó: Mmax - mô men quay cực đại của động cơ;

Mn - mô men quay định mức của động cơ

Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện tượng quá tải càng tốt

Ở động cơ xăng (cacbuaratơ) có đường cong Me dốc hơn ở động cơ diesel nên

trong đó : Ne, n - công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ ứng với

một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài;

Nn, nn - công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay

n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph;

Me - mô men quay của động cơ, Nm

Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.2) và (2.3) ta có thể xây dựng được một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n)

2.1.2 Đường đặc tính tốc độ cục bộ hay đường đặc tính bộ phận

Thông thường động cơ cácbuaratơ ở ôtô thường làm việc theo đường đặc tính cục bộ Đường đặc tính ngoài dựng với điều kiện mở 100% bướm ga, còn đường đặc tính cục bộ dựng với từng phần (độ mở bướm ga dưới 100% ví dụ 25%, 30%,….) Tại mỗi độ mở bướm ga ta

phải tiến hành thí nghiệm mới

dựng được đường đặc tính cục bộ

Ở đây chỉ dựng các đường

cong chủ yếu: Ne, Me, và ge (hình

2.3)

Đối với động cơ điedel,

người ta thay dần vị trí thanh răng

điều chỉnh nhiên liệu để giảm dần

+ Hệ số nạp giảm nhanh (b ướm ga đóng dần)

+ Mất mát tương đối công cơ học tăng (Nch =const mà Ne giảm dần)

37

+ Mất mát tuyệt đối về công bơm tăng ở động cơ cácbuaratơ

+ Mất mát tương đối về nhiệt tăng

2 Càng giảm phụ tải, xuất hiện tiêu hao nhiên liệu càng tăng (gemin tăng về phía trái vì khi tốc độ không đổi, phụ tải càng giảm công suất chỉ thị Ni giảm mà công suất cơ học Nm = const nên công suất thực tế Ne giảm, ở 100% phụ tải ge = 180

250 g/kW.h và không tải ge =

3 Động cơ làm việc ở chế độ toàn tải thì tiết kiệm cao nhất nhưng phụ tải cơ học và phụ tải nhiệt sẽ rất lớn, động cơ giảm độ bền Chỉ khi rất cần thiết mới mở 100% bướm ga, còn thông thường phải làm việc theo các đường đặc tính cục bộ (mở bướm ga <100%)

2.1.3 Tính kinh tế nhiên liệu

Mức tiêu hao nhiên liệu là một nhân tố chủ yếu quyết định hiệu suất của ô tô

Sự tiêu hao nhiên liệu của ô tô được thể hiện dưới dạng:

- Mức tiêu hao nhiên liệu trên khoảng cách di chuyển bsl/100km , hoặc

- Mức tiêu hao nhiên liệu trên đơn vị thời gian bt l/h

Thực tế trên thế giới lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán khác nhau từ những tiêu chuẩn kiểm tra đó của xe, tác động của cách lái xe và điều kiện giao thông, đường xá, những nhân tố môi trường và điều kiện và trang thiết bị của xe Lái xe có ảnh hưởng lớn: tốc độ và cấp số anh ta chọn quyết định đến điểm vận hành của động cơ và vì thế lượng tiêu hao nhiên liệu cũng thay đổi

Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ đốt trong có thể được biểu diễn bằng một hàm số thể hiện sự tương quan giữa mô men và tốc độ động cơ Một đường đặc tính tiêu thụ nhiên liệu thuộc loại này được thể hiện trong hình 2.4; Lượng tiêu thụ tuyệt đối babs được biểu thị bằng g/h Nó tăng theo công suất động cơ Nếu lượng tiêu thụ riêng be được biểu thị bằng g/kWh, thuật ngữ "biểu đồ hình củ hành" được

sử dụng (Hình 2.5) Có một đường tiêu thụ tối thiểu be,min ngay bên dưới đường cong đầy tải, ở dải tốc độ động cơ thấp Vị trí chính xác phụ thuộc vào động cơ Trong trường hợp của động cơ xăng trên ô tô chở khách có lượng tiêu thụ tối thiểu là khoảng 250 g/kWh, và với động cơ diesel xe thương mại, nó vào khoảng 190g/kWh

38

Hình 2.4 Biều đồ tiêu thụ của động cơ xăng Lượng tiêu thụ tuyệt đối babs (g/h) Giống như đặc tính động cơ, biểu đồ lượng tiêu hao nhiên liệu là cơ sở quan trọng cho sự phù hợp giữa động cơ, hộp số với phương tiện Sự truyền động tận dụng những khu vực tiêu hao nhiên liệu thấp trên biểu đồ đặc tính động cơ Hình2.5 biểu diễn những đường đồng mức thể hiện mức tiêu hao nhiên liệu riêng be

không đổi (hình củ hành) cũng như các đường đặc tính mô men/tốc độ động cơ ở công suất động cơkhông đổi (đường hyperbol công suất yêu cầu) T(P=cont)

Hình 2.5 Biểu đồ động cơ sơ đồ hình củ hành), lượng tiêu hao nhiên liệu riêng ( be

được tính bằng g/kWh Biểu đồ lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ xăng 2.0,

công suất danh định 111 kW, 6 xi-lanh, 24 xuppap

39

Trong trường hợp này cùng một công suất động cơ có thể tạo ra nhiều giá trị ,

mô men/tốc độ động cơ khác nhau – điểm 1 và 2 trên biểu đồ và vì vậy có những - mức tiêu thụ nhiên liệu khác nhau Điểm tiêu hao nhiên liệu tối thiểu được tìm thấy trên đường hyperbol công suất Đường cong nối các điểm này gọi là đường tiêu hao nhiên liệu tối thiểu

2.2 Hệ thống truyền lực trên ô tô

Khi tính toán, thiết kế hệ thống truyền lực ô tô nhiệm vụ quan trọng nhất là phải xác định tỷ số truyền cho các cụm trong HTTL Hệ thống truyền lực phải cung cấp các tỷ số truyền giữa tốc độ quay của động cơ và vận tốc bánh xe trên mặt đường để xe có thể đạt được các yêu cầu sau:

- Vượt qua các điều kiện xấu của đường,

- Đạt được vận tốc lớn nhất theo yêu cầu

- Hoạt động ở dải hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao nhất của động cơ

2.2.1 HTTL cơ khí có cấp

Trong HTTL cơ khí có cấp tỷ số truyền lớn nhất theo yêu cầu iA, max được xác định bởi điều kiện ượt qua các điều kiện xấu của đường Điều kiện đạt được vận tốc vlớn nhất theo yêu cầu và oạt động ở dải hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao nhất của hđộng cơ cho ta một khái niệm đó là tỷ số truyền ở vận tốc lớn nhất của xe iA(vmax, th)

Tỷ số truyền nhỏ nhất của hệ thống truyền lực iA, min được xác định bởi điều kiện ba Hình 2.6 thể hiện sự thay đổi tốc độ của đầu ra hộp số ứng với tốc độ vòng quay động

cơ Dải tốc độ vòng quay động cơ (tốc độ sơ cấp) được thay đổi bởi hộp số để thành dải tốc độ thứ cấp Phạm vi hoạt động nằm giữa các giới hạn tỷ số truyền

40

Tỷ số truyền của hộp số lớn là yêu cầu đặc biệt quan trọng đối với ô tô cỡ lớn cùng với động cơ công suất lớn và hệ số cản khí động thấp, cần:

- Tỷ số truyền mô men lớn iA, maxđể vượt chướng ngại vật và tăng tốc,

- Tỷ số truyền nhỏ nhất thấp iA, min để chỉ cần tốc độ động cơ thấp khi chạy trên đường cao tốc nhằm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu

a) Tỷ số truyền của hộp số

Tỷ số truyền của hộp số, thường được quy vào tỉ lệ của các tỷ số, là tỉ lệ giữa

tỷ số truyền cao nhất và tỷ số truyền thấp nhất iG, tot = iG, max/iG, min = i1/iz với các số

từ 1 đến z

Tỷ số truyền của hộp số phụ thuộc vào:

- Công suất riêng ở đầu ra của xe (Pmax/(mF + mpayload) đơn vị kW/t,

- Tỷ số truyền của động cơ, và ục đích sử dụng m

Những xe có công suất riêng ở đầu ra thấp, ví dụ như các xe chở hàng, cần có tỷ số truyền của hộp số lớn hơn Cũng áp dụng như vậy đối với xe lắp động cơ diesel là những xe có khoảng biến thiên tốc độ động cơ hẹp Các giá trị tham khảo của tỷ số truyền hộp số cho các dòng xe khác nhau được thể hiện ở trên hình 2.7

Xe t¶i > 16t

Xe t¶i < 16t

Xe kh¸ ch ®u êng dài

Xe con ví i lôa chän gia tèc vµ tiª u hao NL

Tỷ số truyền iG, tot

Hình 2.7 Các giá trị tham khảo của tỷ số truyền hộp số với những dạng xe khác nhau Trong trường hợp hộp số tự đông, hệ số chuyển đổi của bộ biến mô (max

2-3) sẽ được tính thêm vào.