1. Đặt vấn đề
2.2.3 Các bộ phận của hệ thống
a. Các bộ phận của bơm trợ lực lái:
Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực đòi hỏi áp suất cao. Thiết bị này sử dụng lực của động cơ để dẫn động bơm trợ lực lái tạo áp suất thuỷ lực. Bơm trợ lực thường là bơm kiểu cánh gạt.
Bơm được dẫn động từ trục khuỷu động cơ bằng dây đai dẫn động, và đưa dầu bị nén vào xilanh lực. Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ của động cơ nhưng lưu lượng dầu đưa vào xilanh lực được điều tiết nhờ một van điều khiển lưu lượng, lượng dầu thừa được đưa trở lại đầu hút của bơm.
Cấu tạo (Hình 2.11):
- Thân bơm: Được đúc bằng gang, bên trong chứa các bộ phận của bơm. Trên thân bơm có gia công các đường dẫn dầu, cửa dầu vào và ra. Hai đầu có gối đỡ trục rô to là các vòng bi.
- Bình chứa: Bình chứa cung cấp dầu trợ lực. Nó được lắp trực tiếp vào thân bơm hoặc lắp tách biệt. Nếu không lắp với thân bơm thì sẽ được nối với bơm bằng hai ống mềm.
18
Thông thường, nắp bình chứa có một thước đo mức để kiểm tra mức dầu. Nếu mức dầu trong bình chứa giảm dưới mức quy định thì bơm sẽ hút không khí vào gây ra lỗi trong vận hành.
- Rô to: Trên rô to có xẻ các rãnh song song với trục, trên các rãnh đó lắp các cánh gạt. Các cánh gạt này trượt tự do trong rãnh của rô to. Khi rô tô quay, do lực ly tâm, các cánh này văng ra tỳ sát vào xilanh bơm và gạt dầu từ khoang nạp sang khoang xả của bơm.
- Trục bơm: Đặt trên hai vòng bi, đầu trục có vị trí lắp puly dẫn động. Puly được khoá chặt bằng đai ốc.
Hình 2.11: Cấu tạo của bơm trợ lực
- Van điều khiển lưu lượng (Hình 2.12):
Van điều khiển lưu lượng điều chỉnh lượng dòng chảy dầu từ bơm tới xilanh lực, duy trì lưu lượng không đổi mà không phụ thuộc tốc độ bơm. Do lưu lượng của bơm cánh gạt tăng tỷ lệ với tốc độ động cơ, mức độ trợ lực lái tạo bởi pittông lực của cơ cấu lái phụ thuộc vào lượng dầu từ bơm. Khi tốc độ bơm tăng
19
thêm lưu lượng dầu tăng và tạo ra mức độ trợ lực lớn làm giảm nhẹ lực lái. Nói cách khác, lực đánh lái thay đổi theo tốc độ động cơ gây ảnh hưởng đến tính ổn định lái.
Vì vậy cần phải duy trì một lượng dầu cung cấp từ bơm không đổi, không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Van điều khiển lưu lượng thực hiện yêu cầu này. Để thực hiện được nhiệm vụ này, người ta sử dụng một ống điều khiển để giảm lưu lượng dầu khi tốc độ bơm đạt đến một giá trị nhất định. Trợ lực lái này được gọi là trợ lực lái kiểu tốc độ (RPM) hay trợ lực lái kiểu cảm biến. Nó tạo ra một lực lái phù hợp ngay cả khi xe chạy ở tốc độ cao. Khi tốc độ động cơ tăng thì lưu lượng dầu của bơm tăng nhưng lượng dầu đưa đến xilanh lực lại giảm.
Có ba loại van điều khiển lưu lượng: Loại van cánh, loại van quay và loại van ống (van ngăn kéo). Tất cả các loại van đó đều có một thanh xoắn nằm giữa trục van điều khiển và trục vít. Van điều khiển vận hành theo mức độ xoắn của thanh xoắn.
20 - Thiết bị bù không tải:
Hình 2.13: Sơ đồ bố trí thiết bị bù không tải
Bơm tạo ra áp suất dầu tối đa khi vô lăng quay hết cỡ sang phải hoặc sang trái. Lúc này phụ tải tối đa trên bơm làm giảm tốc độ không tải của động cơ. Để giải quyết vấn đề này, hầu hết các xe đều có thiết bị bù không tải để tăng tốc độ không tải của động cơ mỗi khi bơm phải chịu phụ tải nặng (Hình 2.13). Thiết bị bù không tải có chức năng tăng tốc độ không tải của động cơ khi áp suất dầu bơm tác động lên van điều khiển không khí (lắp đặt trên thân bơm) để kiểm soát lưu lượng không khí.
Trong các động cơ EFI, khi áp suất dầu đẩy píttông của van điều khiển không khí, van điều khiển không khí mở và lượng không khí đi tắt qua bướm ga sẽ tăng để điều chỉnh tốc độ động cơ.
Hoạt động:
+ Bơm trợ lực (Hình 2.14):
Rô to quay trong một vòng cam được gắn chắc với vỏ bơm. Rô to có các rãnh để gắn các cánh bơm được gắn vào các rãnh đó. Chu vi vòng ngoài của rô to hình tròn nhưng mặt trong của vòng cam hình van do vậy tồn tại một khe hở
21
giữa rô to và vòng cam. Cánh gạt sẽ ngăn cách khe hở này để tạo thành một buồng chứa dầu. Cánh bơm bị giữ sát vào bề mặt trong của vòng cam bằng lực ly tâm và áp suất dầu tác động sau cánh bơm, hình thành một phớt dầu ngăn rò rỉ áp suất từ giữa cánh gạt và vòng cam khi bơm tạo áp suất dầu.
Dung tích buồng dầu có thể tăng hoặc giảm khi rô to quay để vận hành bơm. Nói cách khác, dung tích của buồng dầu tăng tại cổng hút do vậy dầu từ bình chứa sẽ được hút vào buồng dầu từ cổng hút. Lượng dầu trong buồng chứa giảm bên phía xả và khi đạt đến 0 thì dầu trước đây được hút vào buồng này bị ép qua cổng xả. Có 02 cổng hút và 02 cổng xả. Do đó, dầu sẽ hút và xả 02 lần trong trong một chu kỳ quay của rô to.
Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm dầu
+ Van điều khiển lưu lượng
22
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý làm việc của van điều khiển lưu lượng (ở tốc độ thấp)
Áp suất ra của bơm P1 tác dụng lên phía phải của van điều khiển lưu lượng và áp suất P2 tác dụng lên phía trái sau khi đi qua lỗ tiết lưu. Sự chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 tăng lên khi tốc độ động cơ tăng. Khi chênh lệch áp suất thắng được sức căng lò xo kéo (A) của van điều khiển lưu lượng thì van di chuyển sang trái mở khoang thông với cửa hút của bơm nên dầu quay về bơm làm lưu lượng dầu không đổi.
- Ở tốc độ trung bình (Hình 2.16):: (Tốc độ bơm khoảng 1250 2500 v/ph)
23
Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý làm việc của van điều khiển lưu lượng (ở tốc độ trung bình)
Áp suất ra của bơm P1 tác dụng lên phía trái của ống điều khiển lưu lượng. Khi tốc độ của bơm đạt 1250 v/ph thì áp suất P1 thắng sức căng của lò xo kéo (B) đẩy ống điều khiển sang phải làm giảm lượng dầu qua lỗ tiết lưu nên áp suất P2 giảm. Sự chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 tăng nên van điều khiển dịch chuyển sang trái cho dầu quay về phía hút của bơm. Do đó lượng dầu đến xilanh lực giảm.
- Ở tốc độ cao (Hình 2.17): (Tốc độ của bơm trên 2500 v/ph)
Khi tốc độ bơm vượt quá 2.500 v/ph, ống điều khiển tiếp tục bị đẩy sang phải, đóng một nửa các lỗ tiết lưu. Lúc này, áp suất P2 chỉ do lượng dầu qua các lỗ quyết định. Theo cách này lượng dầu tới hộp cơ cấu lái được duy trỡ khụng đổi (trị số nhỏ)
24
Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý làm việc của van điều khiển lưu lượng (ở tốc độ cao)
- Van an toàn (2.18)
Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý làm việc của van an toàn
Van an toàn đặt trong van điều khiển lưu lượng. Khi áp suất P2 vượt mức quy định (khi quay hết cỡ vô lăng), van an toàn sẽ mở để giảm áp suất. Khi áp
25
suất P2 giảm thì Van điều khiển lưu lượng bị đẩy sang trái và điều chỉnh áp suất tối đa.
b. Hộp cơ cấu lái có trợ lực (Hình 2.19):
Pít tông trong xi lanh trợ lực được đặt trên thanh răng, và thanh răng dịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lên pít tông theo cả hai hướng. Một phớt dầu trên pít tông ngăn dầu rò rỉ ra ngoài
Hình 2.19: Cấu tạo chung của hộp cơ cấu lái có trợ lực
Trục van điều khiển được nối với vô lăng. Khi vô lăng ở vị trí trung hoà (xe chạy thẳng) thì van điều khiển cũng ở vị trí trung hoà do đó dầu từ bơm trợ lực lái không vào khoang nào mà quay trở lại bình chứa. Tuy nhiên, khi vô lăng quay theo hướng nào đó thì van điều khiển thay đổi đường truyền do vậy dầu chảy vào một trong các buồng. Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài và chảy về bình chứa theo van điều khiển.
26 Van điều khiển (loại van quay).
Van điều khiển trong hộp cơ cấu lái quyết định đưa dầu từ bơm trợ lực lái đi vào buồng nào. Trục van điều khiển (trên đó tác động mômen vô lăng) và trục vít được nối với nhau bằng một thanh xoắn. Van quay và trục vít được cố định bằng một chốt và quay liền với nhau.
Nếu không có áp suất của bơm tác động, thanh xoắn sẽ ở trạng thái hoàn toàn xoắn và trục van điều khiển và trục vít tiếp xúc với nhau ở cữ chặn và mômen của trục van điều khiển trực tiếp tác động lên trục vít.
Hình 2.20: Cấu tạo chung của hộp lái dùng van điều khiển kiểu van quay
Chuyển động quay của trục van điều khiển kiểu van quay tạo nên một giới hạn trong mạch thuỷ lực. Khi vô lăng quay sang phải áp suất bị hạn chế tại các lỗ X và Y. Khi vô lăng quay sang trái trục van điều khiển tạo giới hạn tại X' và Y'.
27
Hình 2.21: Cấu tạo chung của hộp lái dùng van điều khiển kiểu van quay
Khi vô lăng xoay thì trục lõi quay, làm xoay trục vít qua thanh xoắn. Ngược lại với trục vít, vỡ thanh xoắn xoắn tỷ lệ với lực bề mặt đường, trục van điều khiển chỉ quay theo mức độ xoắn và chuyển động sang trái hoặc sang phải. Do vậy tạo các lỗ X và Y (hoặc X' và Y') và tạo sự chênh lệch áp suất thuỷ lực giữa các buồng xi lanh trái và phải.
Bằng cách này, tốc độ quay của trục van điều khiển trực tiếp làm thay đổi đường đi của dầu và điều chỉnh áp suất dầu. Dầu từ bơm trợ lực lái sẽ vào vòng ngoài của van quay và dầu chảy về bình chứa qua khoảng giữa thanh xoắn và trục van điều khiển.
+ Khi vô lăng ở vị trí trung gian:
Khi trục van điều khiển không quay nó sẽ nằm ở vị tri trung gian so với van quay. Dầu do bơm cung cấp quay trở lại bình chứa qua cổng "D" và buồng
28
"D". Các buồng trái và phải của xi lanh bị nộn nhẹ nhưng do không có sự chênh lệch áp suất nên không có lực trợ lái.
Hình 2.22: Sơ đồ nguyên lý làm việc của van quay (ở vị trí trung gian)
+ Khi quay vòng sang phải
Khi xe quay vòng sang phải, thanh xoắn bị xoắn và trục van điều khiển theo đó quay sang phải. Các lỗ X và Y hạn chế dầu từ bơm để ngăn dòng chảy vào các cổng "C" và cổng "D". Kết quả là dầu chảy từ cổng "B" tới ống nối "B" và sau đó tới buồng xi lanh phải, làm thanh răng dịch chuyển sang trái và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xi lanh trái chảy về bình chứa qua ống nối "C" --> cổng "C" --> cổng "D" --> buồng "D".
29
Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý làm việc của van quay (khi quay phải)
+ Khi quay vòng sang trái
Hình 2.24: Sơ đồ nguyên lý làm việc của van quay (khi quay trái)
Cũng giống như quay vòng sang phải, khi xe quay vòng sang trái thanh xoắn bị xoắn và trục điều khiển cũng quay sang trái. Các lỗ X' và Y' hạn chế dầu từ bơm để chặn dòng chảy dầu vào các cổng "B" và "C". Do vậy, dầu chảy từ
30
cổng "C" tới ống nối "C" và sau đó tới buồng xi lanh trái làm thanh răng dịch chuyển sang phải và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xi lanh phải chảy về bình chứa qua ống nối "B" --> cổng " B" --> cổng "D" --> buồng "D".
Van điều khiển loại con trượt.[10]
Loại trợ lực thủy lực sử dụng van điều khiển con trượt được chỉ trong Hình 2.25.
Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý làm việc của trợ lực lái bằng thủy lực (loại dùng con trượt)
1- Vỏ van phân phối 9,10- Các đường dầu
2- Đường cấp dầu 11- Lò xo định tâm
3- Đường dầu hồi 12- Đòn kéo dọc
4- Con trượt van phân phối 13- Bình chứa dầu
5- Bánh xe 14- Bơm
6- Đòn kéo dọc 15- Cơ cấu lái
7- Lò xo định tâm 16- Vô lăng
31
Trên sơ đồ hệ thống lái được thể hiện ở trạng thái tương ứng với chuyển động thẳng của ô tô. Lúc này, con trượt 4 của van phân phối nằm ở vị trí trung gian, các đường cấp dầu và hồi dầu được nối thông với nhau. Khi quay vòng, chẳng hạn khi đánh tay lái sang phải, chuyển động từ vô lăng được truyền qua cơ cấu lái tới đòn quay đứng làm dịch chuyển đòn kéo dọc 12 cùng với con trượt 4 của van phân phối sang bên trái. Dịch chuyển của con trượt 4 tạo thành 2 khoang độc lập trong van phân phối: khoang a nối đường cấp dầu từ bơm tới khoang A của xilanh công tác 8, đồng thời khoang b nối thông khoang B của xilanh 8 với đường hồi dầu về bình chứa. Dưới tác dụng của áp suất chất lỏng trong khoang A pít tông của xilanh công tác dịch chuyển xuống dưới và kéo các bánh xe dẫn hướng quay sang phải , nghĩa là tạo thêm một lực hỗ trợ cho người lái điều khiển ôtô quay vòng. Quá trình quay vòng sang trái được thực hiện hoàn toàn tương tự.
Một trong những yêu cầu quan trọng đối với hệ thống lái có trợ lực là tính chép hình. Tính chép hình ở đây được hiểu theo nghĩa tổng quát, bao gồm tính chép hình về lực hay còn gọi là "cảm giác đường" và chép hình về động học ( tính tùy động)
Đối với hệ thống lái không có trợ lực khi lực cản quay vòng tăng lên thì lực quay trên vô lăng cũng phải tăng theo. Hệ thống lái có trự lực cũng phải đảm bảo được tính chất này, đây chính là tính chép hình về lực. Để làm được điều này trong van phân phối có bố trí 2 buồng phản ứng c và d, trên con trượt có khoan các lỗ nhỏ thông qua khoang a với khoang c, và thông khoang b và khoang d. nhờ có kết cấu như vậy khi quay vòng sang phải như đã mô tả trên đây, nếu lực cản của đường tăng lên, áp suất trong khoang A của xilanh lực sẽ tăng, làm áp suất trong khoang a cũng tăng theo, áp suất này chuyền sang khoang c (buồng phản ứng) tạo lên 1 lực tác dụng lên vô lăng. Điều này có nghĩa là, lực quay vòng trên vô lăng thay đổi thay đổi theo lực cản của mặt đường và tạo cho người điều khiển "cảm giác đường".
32
Tính chép hình về động học được hiểu theo nghĩa là khi vô lăng được quay đi 1 góc nhất định thì các bánh xe dẫn hướng cũng quay theo 1 góc tương ứng. Điều này được thục hiện bằng mối liên hệ ngược nối bánh xe với vỏ van phân phối với đòn kéo 6. Chẳng hạn, tao xét trường hợp quay vòng sang phải như đã mô tả trên đây. Nếu sau khi quay vô lăng đi 1 góc nào đó, lái xe dừng vô lăng lại thì con trượt sẽ dừng lại theo. Nhưng do lúc này khoang a của van phân phối vẫn thông với khoang A của xilanh công tác nên pít tông của xilanh này vẫn tiếp tực dịch chuyển làm bánh xe tiếp tục quay sang phải. Khi đó, đòn liên động 6 sẽ đầy vỏ van phân phối dịch chuyển sang trái cho tới khi mở đường thông khoang a với đường hồi dầu về bơm, lúc này áp suất trong khoang A của xilanh công tác không tăng nữa và bánh xe dừng lại do cân bằng của các mô men tác dụng lên nó. Nghĩa là ứng với 1 góc quay nhất định của vô lăng ta chỉ có 1 góc quay tương ứng của bánh xe dẫn hướng. Đây chính là tính tùy động của