2.2.1. 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.
- Nó chuyển số một cách tự động và êm diu tại các tốc độ thích hợp với chế độ lái xe do vậy giảm bớt cho lái xe sự cần thiết phải thành thạo các kĩ thuật lái xe khó khăn và phức tạp như vận hành ly hợp.
- Nó tránh cho động cơ và dòng dẫn động được tình trạng quá tải do nó nối chung bằng thủy lực qua biến mô tốt hơn so với nối bằng cơ khí.
- Hộp số tự động dùng ly hợp thủy lực hoặc biến mô thủy lực việc tách nối công suất từ động cơ đến hộp số nhờ sự chuyển động của dòng thủy lực từ cánh bơm sang tua bin mà không qua một cơ cấu cơ khí nào nên không có sự ngắt quãng dòng công suất vì vậy đạt hiệu suất cao (98%).
- Thời gian sang số và hành trình tăng tốc nhanh. - Không bi va đập khi sang số, không cần bộ đồng tốc.
2.2.2. NHƯỢC ĐIỂM.
- Kết cấu phức tạp hơn hộp số cơ khí. - Tốn nhiêu nhiên liệu hơn hộp số cơ khí
- Biến mô nối động cơ với hệ thống truyên động bằng cách tác động dòng chất lỏng từ mặt này sang mặt khác trong hộp biến mô, khi vận hành có thể gây ra hiện tượng “Trượt” hiệu suất sư dụng năng lượng bi giảm,đặc biệt là ơ tốc độ thấp.
2.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG.2.3.1. CẤU TẠO CHUNG. 2.3.1. CẤU TẠO CHUNG.
Hiện nay hộp số tự động trên xe có 3 cụm bộ phận chính: - Bộ biến mô.
- Bộ truyên động bánh răng hành tinh.
- Bộ điêu khiển thủy lực (đối với hộp số điêu khiển hoàn toàn bằng thủy lực) hoặc bộ điêu khiển điện tư kết hợp thủy lực (đối với hộp số điêu khiển bằng điện tư). Ngoài ra, trên hộp số tự động còn có các cơ cấu và các hệ thống điêu 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).
2.3.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG.
Dòng công suất truyên từ động cơ qua biến mô đến hộp số và đi đến hệ thống truyên động sau đó (hình 2.7), nhờ cấu tạo đặc biệt biến mô vừa đóng vai trò là một khớp nối thủy lực vừa là một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyên lực, cũng vừa là một bộ phận khuếch đại mômen từ động cơ đến hệ thống truyên lực phía sau tùy vào điêu kiện sư dụng.
Hộp số không thực hiện truyên công suất đơn thuần bằng sự ăn khớp giữa các bánh răng mà còn thực hiện truyên công suất qua các ly hợp ma sát, để thay đổi tỷ số truyên và đảo chiêu quay thì trong hộp số sư dụng các phanh và cơ cấu hành tinh đặc biệt với sự điêu khiển tự động bằng thủy lực hay điện tư.
Trên thi trường hiện nay có nhiêu loại hộp số tự động, phát triển theo xu hướng nâng cao sự chính xác và hợp ly hơn trong quá trình chuyển số, kèm theo là giá thành và công nghệ sản xuất, tuy nhiên chức năng cơ bản và nguyên ly hoạt động là giống nhau. Trong hộp số tự động sự vận hành tất cả các bộ phận và kết hợp vận hành với nhau ảnh hương đến toàn bộ hiệu suất làm việc của cả hộp số tự động nên yêu cầu vê tất cả các cụm chi tiết hay bộ phận cấu thành nên hộp số điêu có yêu cầu rất khắt khe vê thiết kế cũng như chế tạo.
2.4. KHẢO SÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A140E.
Được phát triển dựa trên những phiên bản hộp số tự động đã được chế tạo trước đó và đưa vào sư dụng lần đầu tiên vào năm 1984 lắp trên dòng xe CAMRY của TOYOTA. Dòng hộp số tự động A140E đã thể hiện được những gì mà nhà thiết kế của TOYOTA mong đợi. Không những nâng cao vi thế của dòng xe này trên thi trường xe cao cấp mà còn giúp TOYOTA khẳng đinh vi thế của mình trước các hãng xe lớn khác như FORD, GM, MECEDES…Điêu này là rất quan trọng trong bối cảnh đang lên kế hoạch mơ rộng thi trường xe của TOYOTA sang MỸ và CHÂU ÂU trong những năm của thập kỷ 80.
A140E là một hộp số tự động điêu khiển điện tư 4 cấp số tiến (nhờ có thêm bộ truyên hành tinh OD) và một cấp số lùi vào thời điểm này đây là hộp số hiện đại nhất của thi trường xe thế giới lúc bấy giờ. Tăng thêm một tỷ số truyên tăng là tăng thêm một sự lựa chọn tay số cho người lái, hoạt động của động cơ sẽ ổn đinh hơn, tiêu hao nhiên liệu sẽ giảm đi kèm với ô nhiễm do ôtô sản sinh cũng sẽ giảm và đặc biệt hơn là trước khi hộp số A140E ra đời các tỷ số truyên tăng chỉ được thiết kế cho xe ôtô sư dụng hộp số điêu khiển cơ khí. Điêu này giúp cho dòng xe CAMRY khẳng đinh vi thế của mình trước các đối thủ.
Các dãy số trong hộp số tự động A140E:
“P”: Sư dụng khi xe đỗ.
“N”: Vi trí trung gian sư dụng khi xe dừng tạm thời động cơ vẫn hoạt động. “R”: Sư dụng khi lùi xe.
“D”: Sư dụng khi cần chuyển số một cách tự động. “2”: Sư dụng khi chạy ơ đường bằng.
“L”: Sư dụng khi xe chạy ơ đoạn đèo dốc.
2.5. CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH TRONG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A140E.2.5.1. Biến mô thủy lực. 2.5.1. Biến mô thủy lực.
Bộ biến mô vừa truyên vừa khuếch đại mômen từ động cơ bằng cách sư dụng dầu hộp số làm môi trường làm việc. Bộ biến mô bao gồm: cánh bơm được dẫn động bằng trục khuỷu, rôto tuabin được nối với trục sơ cấp, stator được bắt chặt vào vỏ hộp số qua khớp một chiêu và trục stator, vỏ bộ biến mô chứa tất cả các bộ phận trên như hình 2.8. Biến mô được nén đầy dầu thủy lực cung cấp bơi bơm dầu. Dầu này được cánh bơm
67 8 9 10 5 11 4 12 3 13 2 14 15 16 17 1 18 19
tích lũy năng lượng và khi ra va đập vào bánh tuabin tạo thành một dòng truyên công suất làm quay rôto tuabin.
Hình 2.8: Mặt cắt của biến mô thủy lực hộp số tự động A140E.
1 – Ổ bi; 2 – Trục sơ cấp hộp số; 3 – Trục bánh phản ứng; 4 – Vỏ biến mô;
5 – Phần vỏ biến mô mang cánh bơm; 6 – Vành dẫn hướng; 7 – Cánh bơm; 8 – Vỏ biến mô; 9 – Khung thép lắp đặt giảm chấn; 10 – Vật liệu ma sát;
11 – Bánh mang cánh tuabin;
12 – Đinh tán; 13 – Ổ bi; 14 – Vành chắn dầu; 15 – Moay ơ mang cánh tuabin;
16 – Vành ngoài của khớp một chiều; 17 – Bánh phản ứng; 18 – Đai ốc liên
kết; 19 – Lò xo giảm chấn.
Chức năng của biến mô:
- Tăng mômen do động cơ tạo ra;
Đóng vai trò như một ly hợp thủy lực để truyên hoặc không truyên mômen từ động cơ đến hộp số;
Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyên lực;
Có tác dụng như một bánh đà để làm đồng điêu chuyển động quay của động cơ; Dẫn động bơm dầu của hệ thống điêu khiển thủy lực.
Trên xe có lắp hộp số tự động bộ biến mô thủy lực cũng có tác dụng như một bánh đà của động cơ. Do không cần có một bánh đà nặng như vậy trên xe có hộp số thường
nên xe có trang bi hộp số tự động sẽ sư dụng luôn biến mô thủy lực kèm tấm truyên động có vành răng khơi động dùng làm bánh đà cho động cơ. Khi tấm dẫn động quay ơ tốc độ cao cùng biến mô thủy lực trọng lượng của nó sẽ tạo nên sự cân bằng tốt nhằm ngăn chặn các rung động và làm đồng điêu chuyển động của động cơ khi hoạt động gây ra.
2.5.1.1. Bánh bơm.
Bánh bơm là một cụm chi tiết đứng đầu trong vòng truyền tải năng lượng trong biến mô gồm: bánh bơm, bánh tuabin và bánh phản ứng nên có thể nói các tính chất kỹ thuật đạt được sau khi chế tạo bánh bơm sẽ quyết định hiệu suất của
cả biến mô. Bánh bơm được chế tạo từ phương pháp lắp ghép từng cánh bằng thép lên bánh mang cánh, các phía còn lại của cánh sẽ được gắn lên vành dẫn hướng để dòng dầu chuyển hướng dễ dàng hơn, bánh mang cánh đã lắp các cánh
cùng với vỏ biến mô tạo thành một bơm ly tâm như hình (2.9).
Hình 2.9: Sơ đồ vị trí bánh bơm trong biến mô.
1 – Vỏ biến mô; 2 – Cánh bơm; 3 – Vành dẫn hướng; 4 – Tấm dẫn động.
Bánh bơm có nhiệm vụ nhận năng lượng từ trục khuỷu động cơ qua tấm dẫn động để tích tụ lên các dòng dầu đi qua nó, vì vậy số lượng cánh bơm trên một bánh và góc đặt cánh được tính toán rất kỹ dựa trên cơ sơ dòng truyên công suất tối đa mà nó truyên tải và các thông số kỹ thuật yêu cầu có được khi chế tạo. Bên cạnh đó bánh bơm hoạt động trong trường vận tốc khá rộng từ 0 ÷ 8000 (vg/ph) hoặc có thể lên đến 10000 (vg/ph) nên vấn đê cân bằng động cũng được quan tâm rất lớn để hạn chế tải trọng động sinh ra khi hoạt động.
Vấn đê cân bằng động không chỉ được giải quyết vê khối lượng cơ khí của biến mô khi hoạt động sẽ sinh ra lực ly tâm mà còn được giải quyết trên từng cánh bơm khi biến mô hoạt động ơ khả năng tích tụ năng lượng lên dòng dầu đi qua từng khoang (không gian giữa hai cánh liên tiếp là một khoang cánh) của biến mô có cân bằng nhau không.
2.5.1.2. Bánh tuabin.
Tương tự như bánh bơm, bánh tuabin cũng là một cụm chi tiết trong vòng truyên tải năng lượng trong biến mô gồm bánh bơm, bánh tuabin và bánh phản ứng nên các tính chất kỹ thuật đạt được sau khi chế tạo tuabin sẽ quyết đinh hiệu suất đạt được của cả biến mô. Bánh tuabin được chế tạo từ phương pháp lắp ghép từng cánh bằng thép lên bánh mang cánh, các phía còn lại của cánh sẽ được gắn lên vành dẫn hướng để dòng dầu chuyển hướng dễ dàng hơn. Bánh tuabin sẽ được lắp ghép then hoa với trục sơ cấp của hộp số để truyên tải năng lượng các cánh của bánh thu được như hình (2.10).
Hình 2.10: Sơ đồ vị trí bánh tuabin trong biến mô.
1 – Trục sơ cấp hộp số; 2 – Vành dẫn hướng; 3 – Cánh tuabin.
Những yêu cầu kỹ thuật của bánh tuabin vê độ cân bằng, độ nhám bê mặt cánh, góc đặt cánh cũng tương tự như của bánh bơm nhưng còn yêu cầu vê độ đồng trục khi lắp ghép với trục sơ cấp của hộp số sẽ khác hơn vì bánh tuabin không được lắp liên trên vỏ biến mô như bánh bơm.
2.5.1.3. Bánh phản ứng.
Bánh phản ứng cũng là một cụm chi tiết trong vòng truyên tải năng lượng ơ biến mô, được thiết kế để biến mô không chỉ truyên mômen từ động cơ đến hệ thống truyên lực mà còn giúp biến mô khuếch đại nó lên trong giai đoạn khuếch đại mômen. Như trên hình 2.11 bánh phản ứng được lắp giữa bánh bơm và bánh tuabin và được nối với vỏ hộp số thông qua khớp một chiêu. Với cách bố trí này bánh tuabin dễ dàng đổi hướng chuyển động của dòng dầu đi ra từ bánh tuabin biến áp năng còn lại thành động năng trước khi dòng dầu đập vào bánh bơm để tiếp tục tuần hoàn như hình (2.12).
Hình 2.11: Sơ đồ vị trí lắp bánh phản ứng trong biến mô thủy lực
1 – Vỏ hộp số; 2 – Bánh bơm; 3 – Bánh phản ứng; 4 – Bánh tuabin; 5 – Khớp một chiều; 6 – Trục bánh phản ứng.
Hình 2.12: Hình mô tả chức năng của bánh phản ứng.
1 – Hướng dòng dầu khi có bánh phản ứng; 2 – Cánh bánh phản ứng; 3 – Dòng dầu từ tuabin; 4 – Hướng dòng dầu khi không có bánh phản ứng.
2.5.1.4. Khớp một chiều.
Kết cấu của khớp một chiêu như hình 2.13 bao gồm: Hai vành trong và ngoài của bánh phản ứng, các con lăn bằng thép và lò xo. Lò xo giữ cho các con lăn luôn có xu hướng tỳ vào hai vành tạo xu hướng khóa vành ngoài với vành trong. Tuy chỉ với kết cấu rất đơn giản như vậy nhưng khớp một chiêu này lại đóng vai trò rất quan trọng trong việc giúp cho bánh phản ứng đạt được y đồ thiết kế đưa ra.
Khớp một chiêu hoạt động như một miếng chêm, khi vành ngoài quay theo chiêu B các con lăn dưới tác dụng trợ giúp của lò xo sẽ khóa cứng vành ngoài và vành trong với nhau, ngược lại khi vành ngoài có xu hướng quay theo chiêu A thì các con lăn luôn cho hai vành trong và ngoài quay tương đối với nhau.
Hình 2.13: Hoạt động của khớp một chiều dạng con lăn trong bánh phản ứng
a – Quay tự do; b – Khóa cứng; 1 – Vành ngoài; 2 – Con lăn; 3 – Vành trong; 4 – Lò xo giữ.
Trên hình 3.7 mô tả hoạt động của khớp một chiêu trong cả hai giai đoạn làm việc của biến mô thủy lực.
Hình 2.14: Hoạt động khớp một chiều trong bánh phản ứng
a – Khớp một chiều khóa; b – Khớp một chiều quay tư do;1 – Bánh bơm; 2 – Bánh phản ứng; 3 – Bánh tuabin.
Được lắp trên bánh phản ứng khớp một chiêu giúp bánh phản ứng đạt được mục tiêu thiết kế đê ra là khi biến mô làm việc ơ chế độ biến đổi mômen thì giúp bánh phản ứng thay đổi hướng chuyển động của dòng dầu đi ra khỏi bánh tuabin và biến áp năng của dòng dầu thành động năng tác động vào mặt sau của bánh bơm, trợ giúp cho bánh bơm trong quá trình tích lũy năng lượng lên các dòng dầu qua nó. Còn khi ly hợp khóa biến mô làm việc (tốc độ bánh tuabin gần bằng bánh bơm) thì khớp một chiêu cho phép bánh phản ứng quay tự do. Điêu này giúp cho hiệu suất của biến mô không bi giảm đi khi biến mô làm việc trong giai đoạn này.
2.5.1.5. Khớp khóa biến mô.
Kết cấu khóa biến mô bao gồm một khung thép được nối then hoa với trục sơ cấp của hộp số, trên khung này có bố trí các lò xo giảm chấn và một vành khăn bằng vật liệu sợi atbet hay hợp kim gốm để tạo lực ma sát khi cần thiết. Ở mặt đối diện với vành khăn này vê phía vỏ hộp số có một bê mặt kim loại được thiết kế để tỳ vành khăn ma sát này lên như hình (2.15).
Hình 2.15: Kết cấu khóa biến mô
1 - Giảm chấn; 2 - Bề mặt ma sát; 3 - Khung kim loại; 4 – Moayơ lắp khớp khóa biến mô.
Khi tốc độ bánh bơm và bánh tuabin chênh lệch nhau 5%, tín hiệu thủy lực sẽ được đưa đến hai van (van điện từ và van thủy lực) để điêu khiển khóa biến mô. Dầu áp suất cao được cung cấp đến van điện từ và van tín hiệu để cung cấp vào mặt trước và sau của khớp khóa biến mô như hình 2.16 để tạo chênh áp giữa hai bê mặt trước và sau của khớp khóa biến mô làm khớp khóa này đóng lại, tạo liên kết cơ khí giữa trục khuỷu động cơ và trục sơ cấp của hộp số. Giảm chấn có nhiệm vụ làm giảm tải trọng động khi khớp khóa biến mô làm việc.
.
Hình 2.16: Điều khiển đóng khớp khóa biến mô
A – Xả dầu; B – Dầu cao áp; C – Van tín hiệu; D – Van điện từ; 1 – Bánh bơm; 2 – Bánh tuabin; 3 – Khớp khóa biến mô.
Khi tốc độ động cơ và tốc độ đầu ra của hộp số (quy dẫn vê cùng trục) sai khác nhau lớn hơn 5% khớp khóa biến mô sẽ được điêu khiển nhả ra. Để điêu khiển nhả khớp khóa biến mô nguyên ly vẫn là tạo sự chênh áp giữa hai mặt trước và sau của khớp khóa cũng bằng van điện từ và van tín hiệu như hình 2.17 và dầu sau khi ra khỏi biến mô thì được đưa vào bộ làm mát để thải bớt một phần nhiệt lượng dầu đã hấp thụ trong quá trình làm việc và do ma sát sau đó sẽ quay vê bơm dầu để tiếp tục tuần hoàn.
Hình 2.17: Điều khiển nhả khớp khóa biến mô.
A – Dầu cao áp; B – Van tín hiệu; C – Van điện từ; D – Đến bộ làm mát; 1 – Bánh