Chuyên Đề Hộp Số Tự Động

Hiện nay, các loại hộp số tự động vô cấp CVT, các loại hộpsố tự động có thêm chức năng chuyển số cơ khí song song với chế độ chuyển sốtự động cũng đã được sử dụng phổ biến trên một số dò

I CHỨC NĂNG CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG:

Ở hộp số tự động, việc người lái xe phải thường xuyên điều khiển chuyểnsố trong quá trình xe chạy là không còn cần thiết nữa Hộp số tự động sẽ tựquyết định thời điểm và điều khiển quá trình chuyển lên hay xuống số một cáchthích hợp nhất dựa trên hai tín hiệu chính là tải động cơ và tốc độ xe

Ngoài chức năng điều khiển quá trình chuyển số, ở hộp số tự động điềukhiển bằng điện tử còn có thêm một số chức năng khác như:

- Tự kiểm tra, chẩn đoán và báo lỗi

- Có chế độ dự phòng (an toàn)

II ƯU ĐIỂM CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG:

So với hộp số thường, hộp số tự động có các ưu điểm sau:

- Giảm mệt mỏi cho người lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt lyhợp và thường xuyên phải chuyển số

- Thời điểm chuyển số chính xác và êm dịu tại các tốc độ thích hợp vớichế độ lái xe

- Tránh cho động cơ và hệ thống truyền lực khỏi bị quá tải, do nó nốichúng bằng thủy lực (qua biến mô) tốt hơn so với bằng cơ khí

- Hấp thu va đập trên hệ thống truyền lực

Tuy nhiên, hộp số tự động có giá thành cao, kết cấu phức tạp, khó kiểmtra, sửa chữa hơn hộp số thường

III LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG:

Năm 1938, hộp số tự động đầu tiên ra đời trên xe Oldsmobile củaGeneral Motor Việc điều khiển ôtô được đơn giản hóa bởi vì không còn bànđạp ly hợp Tuy nhiên, hộp số thường vẫn được sử dụng phổ biến nhờ kết cấuđơn giản, dễ sửa chữa và giá thành thấp

Đến những năm 70, hộp số tự động đã thực sự phát triển khi hàng loạtcác hãng ôtô cho ra các loại xe mới với hộp số tự động đi kèm Từ đó đến nayhộp số tự động đã phát triển không ngừng và dần thay thế cho hộp số thường.Khi mới ra đời, hộp số tự động là loại có cấp được điều khiển hoàn toàn bằngthủy lực Đến những năm 80, nhờ ứng dụng những kỹ thuật điều khiển điện tửhiện đại trên ôtô phát triển vượt bậc, các hộp số tự động điều khiển bằng điệntử (ECT) ra đời Hiện nay, các loại hộp số tự động vô cấp (CVT), các loại hộpsố tự động có thêm chức năng chuyển số cơ khí song song với chế độ chuyển sốtự động cũng đã được sử dụng phổ biến trên một số dòng xe

Ngày nay, hộp số tự động đang là một trong những xu hướng được nghiêncứu và phát triển mạnh trong nền công nghệ ôtô Nó không những được sử dụngkhá phổ biến trên các dòng xe du lịch, pick-up, việt dã, mà còn được trang bị

khá nhiều trên các dòng xe tải, đầu kéo, xe cơ giới và các xe chuyên dùngkhác.

IV PHÂN LOẠI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG:

* Theo tỉ số truyền:

- Hộp số tự động có cấp

- Hộp số tự động vô cấp

* Theo cách điều khiển, hộp số tự động chia thành 2 loại:

- Loại điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực

- Loại điều khiển điện tử

* Theo cách truyền động trong hộp số:

- Bộ truyền động bánh răng hành tinh loại đơn (Simpson)

- Bộ truyền động bánh răng hành tinh loại kép (Ravigneaux)

- Bộ truyền động bánh răng trụ

Hình 1.1: Hộp số trên xe FF (a) và trên xe FR (b)

V CẤU TẠO CHUNG CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG:

Một hộp sốâ tự động có 3 cụm bộ phận chính:

- Bộ biến mô: Truyền mơment từ động cơ đến trục sơ cấp hộp số

- Bộ truyền động bánh răng

hành tinh: cung cấp các cấp số có

tỉ số truyền khác nhau để có

mơment và tốc độ phù hợp với

điều kiện và chế độ chuyển động

của ôtô

- Hệ thống điều khiển thủy

lực và điện tử: nhận biết các tín

hiệu tải động cơ, tốc độ xe và một

số tín hiệu khác để điều khiển quá

VI CÁC CHẾ ĐỘ LÁI XE VỚI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG:

Vị trí P- Số đậu xe

Vòng răng

Con đội

Vấu hãm khi đỗ xe

Vị trí D (Các số tiến) - Chạy đường thành phố, đường trường, đường

Số L- Phanh bằng động cơ Chạy xuống dốc Dãy số 2 - Chạy lên dốc

Không bao giờ để vị trí N khi xuống dốc Số R - Số lùi

Chương 2: BỘ BIẾN MÔ

I CHỨC NĂNG:

Hình 2.1: Bộ biến mô

Bộ biến mô được lắp ở đầu hộp số và được bắt bằng bulông vào đĩa dẫnđộng của trục khuỷu động cơ

Chức năng của bộ biến mô:

- Làm tăng mơment xoắn do động cơ tạo ra

- Đóng vai trò như một ly hợp thủy lực truyền mơment xoắn của động cơđến hộp số

- Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực

- Có tác dụng như một bánh đà

- Dẫn động bơm dầu của hệ thống điều khiển thủy lực

II CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG:

Bộ biến mô bao gồm các bộ phận sau: cánh bơm, cánh turbine, stator,khớp một chiều và bộ khóa biến mô

1 Cánh bơm:

Cánh bơm gắn liền với vỏ biến mô và được dẫn động bằng trục khuỷuđộng cơ thông qua tấm dẫn động, vì vậy cánh bơm luôn quay cùng với trụckhuỷu Cánh bơm được cấu tạo bởi nhiều cánh có dạng cong và được lắp theohướng kính ở bên trong vỏ biến mô Có một vòng dẫn hướng được lắp trên cạnhtrong của cánh bơm để dẫn hướng cho dòng dầu chảy

gắn vào trục sơ cấp hộp số Cánh turbine lắp đối diện với cánh bơm, khôngghép chặt vào cánh bơm, cánh turbine có thể quay một cách độc lập Giữa cánhturbine và cánh bơm có một khe hở rất nhỏ.

Hình 2.2: Cấu tạo cánh bơm và cánh turbine.

3 Cánh stator:

Cánh stator gắn giữa cánh bơm và cánh turbine trên một ống lót lắp cốđịnh vào vỏ hộp số, qua một

khớp một chiều Các cánh

stator nhận được dòng dầu

khi dầu đi ra khỏi cánh

turbine Khi tốc độ quay

giữa cánh bơm và cánh

turbine chênh lệch lớn:

stator có tác dụng khuếch

đại mơment Khi tốc độ

quay giữa cánh bơm và

cánh turbine chênh lệch

nhỏ: stator không có tác

dụng, chỉ quay trơn

Hình 2.3: Cấu tạo cánh stator.

4 Khớp một chiều:

Khớp một chiều gồm: vòng lăn ngoài, vòng lăn trong và các con lănđược lắp ở giữa

Hình 2.4: Khớp một chiều.

* Hoạt động của khớp một chiều:

Khi vành ngoài quay theo hướng A, nó có xu hướng cuốn đầu con lănxoay về phía l1 < l nên con lăn nghiêng đi làm cho vành ngoài quay

Ngược lại, khi vành ngoài quay theo hướng B, nó có xu hướng cuốn đầu

Hình 2.6: Nguyên lý khuếch đại mơment trong bộ biến

Để thấy được nguyên lý truyền công suất của biến mô, ta xét ví dụ sau:Đặt hai quạt điện A và B đối diện với nhau ở khoảng cách vài cm, quạt A cắmđiện còn quạt B không cắm, sau đó bật quạt điện A Quạt A quay làm cho quạt

B quay cùng hướng với quạt A, đó là vì chuyển động quay của quạt A tạo nênmột dòng không khí lưu thông giữa hai quạt, dòng không khí này sẽ đập vàocánh quạt B làm cho nó quay Nói cách khác, việc truyền công suất giữa haiquạt được thực hiện trong môi trường không khí Bộ biến mô cũng làm việctương tự, nhưng không khí được thay bằng dầu, cánh bơm đóng vai trò của quạt

A, cánh turbine đóng vai trò của quạt B

Hình 2.5: Nguyên lý truyền công suất của biến mô

- Nguyên lý khuếch đại

mơment: Như ví dụ trên, việc truyền

mơment được thực hiện giữa hai quạt

nhưng không có khuếch đại mơment

Tuy nhiên, nếu như nối thêm một

ống ở giữa, không khí sẽ đi qua quạt

B và quay lại quạt A từ phía bên kia

của ống Điều đó sẽ tăng cường

dòng không khí do cánh quạt A thổi

ra do năng lượng được giữ lại trong

không khí sau khi nó đi qua quạt B

sẽ trợ giúp cho chuyển động quay

của cánh quạt trên quạt A Trong bộ

biến mô, stator đóng vai trò ống nối

này

- Khuếch đại mơment trong

biến mô: Được thực hiện bằng cách

hồi dòng dầu đến cánh bơm, sau khi

nó đi qua cánh turbine nhờ sử dụng cánh quạt của một stator Nói cách khác,cánh bơm được quay bởi mơment từ động cơ và nó được thêm vào một mơmentcủa dòng dầu thủy lực chảy hồi về từ cánh turbine Điều đó có nghĩa là, cánhbơm khuếch đại mơment đầu vào ban đầu để truyền đến cánh turbine.

Khi trục khuỷu động cơ quay làm cho cánh bơm quay theo Khi tốc độquay của cánh bơm tăng lên, lực ly tâm làm cho dầu bắt đầu chảy ra phía ngoàicủa cánh bơm dọc theo bề mặt bên trong của cánh bơm Khi cánh bơm quaynhanh hơn nữa lực ly tâm càng lớn làm cho dầu bị đẩy ra khỏi cánh bơm

Sau khi dầu ra khỏi cánh bơm sẽ đập vào cánh turbine, làm cho các cánhturbine bắt đầu quay cùng một hướng với cánh bơm Sau khi va đập vào cánhturbine dòng dầu sẽ bị mất năng lượng, làm cho nó chảy vào trong dọc theo cáccánh turbine, bề mặt cong bên trong cánh turbine sẽ hướng dòng dầu chảy

ngược lại cánh bơm, và quá trình cứ vậy diễn ra.â

- Khi xe đang đỗ, động cơ làm việc không tải: Cánh bơm quay chậm nên

chỉ có một lượng nhỏ dầu đưa vào cánh turbine, không đủ làm quay cánhturbine làm cho ôtô vẫn đứng yên mặc dù đang gài số Mặc dù vậy, rotorturbine luôn sẵn sàng quay với mơment cao hơn mơment do động cơ tạo ra

- Khi xe khởi hành: Phanh được nhả ra, cánh turbine có thể quay cùng

trục sơ cấp hộp số Do vậy, khi đạp chân ga sẽ làm cho cánh turbine quay vớimơment lớn hơn mơment do động cơ tạo ra, làm cho xe bắt đầu chuyển động

- Khi tốc độ động cơ tăng lên: Trục khuỷu động cơ quay nhanh làm cho

cánh bơm quay nhanh có nhiều dầu văng ra do lực ly tâm tăng làm cho cánhturbine quay Khi sự chênh lệch tốc độ quay giữa cánh bơm và cánh turbine làlớn thì dòng dầu từ cánh turbine đến stator theo hướng làm ngăn cản chuyểnđộng quay của cánh bơm Dầu sẽ đập vào mặt trước trên cánh stator làm cho nóquay theo hướng ngược lại với hướng quay của cánh bơm Nhưng do stator bịkhóa cứng bởi khớp một chiều nên nó không quay, các cánh của stator sẽhướng dòng dầu thay đổi sau cho chúng sẽ trợ giúp chuyển động quay của cánhbơm, làm cho cánh bơm quay nhanh thêm Điều đó có nghĩa là cánh bơm đượcquay bởi mơment từ động cơ và được thêm vào một mơment của dòng dầu thủylực chảy hồi về cánh turbine qua stator, và cũng có nghĩa là cánh bơm khuếchđại mơment đầu vào để truyền đến cánh turbine

- Khi tốc độ động cơ nhanh, đều: Cánh bơm và cánh turbine có cùng một

tốc độ quay Lúc này thì stator quay cùng một hướng với cánh bơm, làm cho bộbiến mô không khuếch đại mơment mà trở thành một ly hợp thủy lực

III ĐẶC TÍNH CỦA BIẾN MÔ:

Hoạt động của bộ biến mô được chia thành hai giai đoạn:

mơment mà không khuếch đại Điểm ly hợp phân cách giữa hai giai đoạn này.

- Khi tỉ số truyền tốc độ (e) bằng không, có nghĩa là khi cánh turbinekhông quay (động cơ đang chạy và cần số đặt ở vị trí “D” nhưng xe bị ngănkhông chạy được), sự chênh lệch giữa tốc độ quay của cánh bơm và cánhturbine là lớn nhất

- Tiû số truyền mơment của biến mô là lớn nhất, thường ở khoảng 1,7 –2,5

IV CƠ CẤU KHÓA BIẾN MÔ:

Cơ cấu khóa bộ biến mô có tác dụng để khóa cánh bơm và cánh turbinekhi xe chạy ở tốc độ cao, giúp cho bộ biến mô không bị trượt, đồng thời tănghiệu suất truyền động của bộ biến mô và giảm tiêu hao nhiên liệu của động cơ

Hình 2.7: Cấu tạo cơ cấu khóa bộ biến mô

Chương 3: BỘ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG HÀNH TINH

I CHỨC NĂNG:

Bộ truyền động bánh răng hành tinh trong hộp số tự động có chức năngtruyền mơment từ trục sơ cấp đến trục thứ cấp của hộp số Đồng thời cung cấpnhững tỉ số truyền khác nhau để cho xe vận hành trong những điều kiện khácnhau

Hình 3.1: Cấu tạo bộ truyền động bánh răng hành tinh.

Bộ truyền động bánh răng hành tinh bao gồm các bộ phận sau:

- Các bộ bánh răng hành tinh

- Các bộ ly hợp

- Các bộ phanh

- Các khớp một chiều

II BỘ BÁNH RĂNG HÀNH TINH:

Có 2 loại bộ truyền bánh răng hành tinh được áp dụng cho hầu hết đốivới những xe trang bị hộp số tự động:

- Bộ bánh răng hành tinh kiểu đơn (Simpson)

- Bộ bánh răng hành tinh kiểu kép (Ravigneau)

Hình 3.2: Cấu tạo bộ bánh răng hành tinh kiểu đơn.

Một bộ bánh răng hành tinh kiểu đơn bao gồm:

- Một bánh răng bao

- Một bánh răng mặt trời

- Các bánh răng hành tinh

- Một cần dẫn trên đó có lắp trục hành tinh

Tốc độ và chiều quay của bộ bánh răng hành tinh có thể được tóm tắt nhưsau:

III BỘ LY HỢP:

1 Công dụng:

- Nối trục sơ cấp với một trong các bánh răng của bộ bánh răng hành tinh(để bánh răng đó trở thành phần tử chủ động)

- Kết nối hai bộ phận nào đó trong bộ bánh răng hành tinh

2 Cấu tạo và hoạt động:

* Các bộ phận của bộ ly hợp nhiều đĩa:

- Các đĩa ma sát

- Các đĩa ép

* Ăn khớp: Khi dầu có áp suất chảy vào trong xilanh, nó ấn vào bi van

một chiều của pittông làm cho nó đóng van một chiều lại Điều đó làm cho

pittông dịch chuyển bên trong xilanh ấn các đĩa ép tiếp xúc với các đĩa ma sát.

Do lực ma sát cao giữa đĩa ép và đĩa ma sát, các đĩa ép chủ động và các đĩa masát bị động quay với tốc độ như nhau, điều đó có nghĩa ly hợp ăn khớp và trục

sơ cấp được nối với bánh răng bao, công suất được truyền từ trục sơ cấp đếnbánh răng bao

Hình 3.4: Sơ đồ hoạt động ly hợp nhiều đĩa.

* Nhả khớp: Khi dầu thủy lực có áp suất được xả ra, áp suất dầu trong

xilanh giảm xuống Cho phép viên bi van một chiều tách ra khỏi đế van, điềunày được thực hiện bằng lực ly tâm tác dụng lên nó và dầu trong xilanh được xả

ra qua van một chiều này Kết quả là pittông trở về vị trí cũ bằng lò xo hồi làm

ly hợp nhả ra

IV BỘ PHANH:

1 Công dụng: Cố định một bộ phận nào đó của bộ bánh răng hành tinh.

Hình 3.5: Phanh đai.

Đai phanh được quấn quanh vòng ngoài của trống phanh Một đầu của đaiphanh được bắt chặt vào vỏ của p số bằng chốt, đầu còn lại tiếp xúc vớipittông phanh qua cần đẩy pittông, cần này được dẫn động bằng áp suất thủylực Pittông phanh có thể làm chuyển động cần đẩy bằng cách nén lò xo tronglại Khi áp suất thủy lực tác dụng lên pittông, pittông nén lò xo ngoài dịchchuyển sang trái, thông qua lò xo nhỏ, tác động lên cần đẩy ấn vào một đầu củađai phanh Do đầu kia được bắt chặt vào vỏ của hộp số nên đường kính của đaiphanh sẽ giảm xuống, vì vậy đai phanh sẽ hãm trống phanh, sau đó pittông sẽtác động trực tiếp lên cần đẩy để hãm chắc hơn Khi dầu có áp suất xả ra khỏi

xi lanh, pittông và cần đẩy bị ấn ngược trở lại bằng lực lò xo bên ngoài, do vậytrống phanh được nhả khỏi đai phanh.

4 Phanh nhiều đĩa:

Hình 3.6: Phanh nhiều đĩa.

Cấu tạo của bộ phanh nhiều đĩa tương tự như của bộ ly hợp nhiều đĩa, tuynhiên ở bộ phanh nhiều đĩa thì các đĩa ép được lắp vào vỏ hộp số Số lượng đĩa

ma sát và đĩa ép cũng có thể khác nhau tùy theo loại hộp số tự động Thậm chítrong các hộp số tự động của cùng một kiểu, số lượng đĩa ma sát và đĩa ép khácnhau tùy theo loại động cơ lắp với nó

* Hoạt động:

Khi áp suất thủy lực tác dụng lên xi lanh, pittông dịch chuyển bên trong

xi lanh đẩy các đĩa ép và đĩa ma sát tiếp xúc với nhau Như vậy tạo ra một lực

ma sát cao giữa từng đĩa ép và đĩa ma sát Kết quả là cần dẫn bị khoá cứng vàovỏ hộp số Khi dầu có áp suất được xả ra khỏi xilanh, pittông trở về vị trí banđầu bằng lò xo hồi vị làm cho phanh nhả ra

Hình 3.7: Sơ đồ hoạt động phanh nhiều đĩa.

V KHỚP MỘT CHIỀU:

* Công dụng:

- Chỉ cho phép các bộ phận lắp trên nó quay một chiều

- Giúp chuyển số êm dịu

Cấu tạo của khớp một chiều tương tự như trong bộ biến mô

Hình 3.8: Cấu tạo các loại khớp một chiều.

àn soá)

Chương 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC

I CHỨC NĂNG:

Hệ thống điều khiển thủy lực có chức năng nhận biết các tín hiệu tảiđộng cơ (góc mở bướm ga) và tốc độ của xe, biến các tín hiệu đó thành các tínhiệu thủy lực để quyết định thời điểm chuyển số

Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển thủy lực.

1 BƠM DẦU:

Bơm dầu được thiết kế để đưa dầu đến bộ biến mô, bôi trơn bộ bánh rănghành tinh và cung cấp áp suất hoạt động đến hệ thống điều khiển thủy lực.Bơm dầu được dẫn động bỡi vỏ bộ biến mô Có 2 loại bơm dầu thườngđược sử dụng là kiểu bơm bánh răng và kiểu bơm cánh gạt

Hình 4.2: Cấu tạo a b m d u.

2 THÂN VAN:

Thân van bao gồm một cụm thân trên và một cụm thân dưới

Hình 4.3: Cấu tạo cụm thân van.

3 VAN ĐIỀU ÁP SƠ CẤP:

Van điều áp điều chỉnh áp suất thủy lực (Áp suất chuẩn) đến từng bộphận tương ứng với công suất của động cơ nhằm tránh mất mát công suất bơm

Ở vị trí bên dưới của van điều áp sơ cấp, lực căng của lò xo và áp suất bộ điềubiến (C x Áp suất bộ điều biến bướm ga) tác dụng lên phần 1 của van, có tácdụng làm cho van bị đẩy lên Ở vị trí bên trên (A x Áp suất chuẩn) có tác dụngấn van đi xuống Áp suất chuẩn được điều chỉnh bằng sự cân bằng của 2 lựctrên Khi xe chạy ở vị trí R hoặc L, áp suất chuẩn được điều khiển cao hơn sovới khi ở dãy “D” và“2” Nó tránh cho các phanh và ly hợp khỏi bị trượt domoment xoắn cao Hơn nữa, áp suất bộ điều biến thấp cao hơn so với áp suất bộđiều biến bướm ga tại vị trí 1 tác dụng ở dãy L, nên áp suất chuẩn trong dãy Lcao hơn so với dãy “D” hay”2”, D, và L tương ứng với dịch chuyển của cầnsang số này