2.2.1 Bộ biến mô thủy lực
2.2.1.1 Cấu tạo
Hình 2.4: Bộ biến mô thủy lực trên hộp số 09E
1- Bánh tua bin; 2- Bánh bớm; 3- Bánh dẫn hướng; 4- Khớp một chiều; 5- Bơm dầu ATF
Bộ biến mô là một khớp thủy lực dùng để truyền công suất từ trục khuỷu của động cơ đến trục tua bin. Bộ biến mô có hai mục đích chính khi truyền mô men đến hộp số:
Là một ly hợp tự động giúp xe có thể ngừng khi động cơ đang chạy và hộp số đang cài số.
Bộ biến mô khuếch đại mômen của động cơ khi xe tăng tốc để cải thiện tính năng tăng tốc và sức kéo của động cơ.
Bộ biến mô gổm 3 bộ phận chính là bánh bơm, bánh tua bin, bánh dẫn hướng:
Bánh bơm là trục đầu vào của bộ biến mô. Các cánh tạo nên các phần của bơm được gắn phía sau đầu hộp số của vỏ bộ biến mô. Bộ biến mô được lắp với trục khuỷu bằng bu lông thông qua một đĩa dẫn động. Đĩa dẫn động và biến mô thay thế cho bánh đà trong hộp số thường. Khi động cơ chạy, đĩa dẫn động và bộ biến mô quay theo trục khuỷu.
Bánh tuabin là phần trục vào của bộ biến mô. Mayơ trung tâm của bộ biến mô được nối với trục vào hộp số. Tuabin đặt phía trước, đầu động cơ, trong vỏ biến mô đối diện với cánh bơm.
Bánh dẫn hướng là bộ phận cường hóa của biến mô. Bánh dẫn hướng có đường kính bằng khoảng một nửa cánh bơm hay tuabin. Nó được gắn trên khớp một chiều, khớp một chiều được gắn trên trục cố định. Trục cố định này là phần kéo dài của vỏ hộp số bao ngoài trục tuabin. Khớp một chiều cho phép bánh dẫn hướng quay theo chiều him đồng hồ và khóa theo chiều con lại.
2.2.1.2 Hoạt động
Pump wheel – bánh bơm; Impeller – bánh dẫn hướng; Turbine wheel – bánh tuabin
- Khi khởi động:
Hình 2.6: Khi khởi động
Khi khởi động xe ở chế độ không tải thi mô men do động cơ sinh ra là nhỏ nhất. Nếu gài phanh thì tải trên bánh tua bin là rất lớn do đó nó không thể quay. Tuy nhiên, do xe bị dừng nên tỷ sô truyền của bành tua bin so với bánh bơm là bằng 0 mà khi đó chỉ có bánh bơm quay.
- Khi bắt đầu khởi động
Khi nhả các phanh thì bánh tua bin có thể quay cùng với trục sơ cấp của hộp số. Do đó, bánh tua bin quay với một mô men lơn hơn mô men do động cơ sinh ra khi đạp ga.
- Khi xe chạy ở tốc độ thấp
Khi tốc độ xe tăng lên, thì tốc độ quay của bánh tua bin sẽ nhanh chóng tiến tới tốc độ quay của bánh bơm. Vì vậy, tỷ số truyền mô men của biến mô sẽ nhanh chóng gần tới 1. Khi tỷ số truyền tốc độ giữa bánh tua bin và bánh bơm đạt tới điểm li hợp thì bánh dẫn hướng bắt đầy quay và sự khuếch đại mô men sẽ giảm xuống. Hay còn có thể gọi bộ biến mô thành một bộ li hợp thủy lực
- Khi xe chạy ở tốc độ trung bình hoặc tốc độ cao Bộ biến mô đóng vai trò là một khớp nối thủy lực 2.2.2 Li hợp khóa biến mô
Li hợp khóa biến mô (TCC) nó sẽ mang lợi ích vô cùng to lớn cho hệ thống truyền lực. Cụ thể nó sẽ giúp cho lái một cách thoải mái, khiến cho bộ biến mô trở thành bộ li hợp thủy lực (coi tỷ số truyền = 1)
TCC hoạt động trong từng cấp số của hộp số, truyền mô men xoắn từ động cơ và bắt đầu làm việc khi ATF đạt 40 ℃
Để cho TCC có thể truyền liên tục với mô men xoắn cao, thì TCC cần có hai bề mặt ma sát.
Hình 2.8: Li hợp biến mô
Do đó nhà sản xuất tạo ra một tấm lót ngăn để tạo ra hai bề mặt ma sát. Và tấm này được đặt tại vị trí giữa vỏ biến mô và piston biến mô. Hai thành phần đó sẽ được liên kết khóa cứng lại với nhau. Ngoài ra li hợp biến mô còn
được kết nối với bánh tua bin. Vậy nên khi li hợp biến mô đóng thì mô men động cơ cũng sẽ truyền tới bánh tua bin.
2.2.2.1 Hoạt động của li hợp thủy lực
Li hợp nó được hoạt động ở 3 chế độ: TCC mở, TCC điều khiển chế độ, TCC đóng:
Li hợp mở:
Hình 2.9: Li hợp mở
Sch.-V: van bôi trơn; RsV: van hồi dầu; WKV: van li hợp biến mô; WDV: van áp suất biến mô
Khi TCC mở, áp suất dầu 2 bên phía piston là bằng nhau. ATF chảy từ buồng piston qua tấm lót và bề mặt ma sát tới buồng tua bin. Dòng ATF ấm sẽ chảy qua các van và đến két làm mát để làm mát.
Hình 2.10: Đóng li hợp
Đóng TCC, hướng của TCC sẽ đảo ngược qua các van WKV và WDV. Áp suất dầu trong buồng piston sẽ bị mất đi. Áp suất dầu sẽ ép piston và từ đó TCC sẽ đóng lại.
Li hợp khóa sẽ được điều khiển tăng giảm dựa trên hoạt động của các van WKV và WDV.
N371 truyền tín hiệu thấp thì tương ứng với li hợp khóa thấp và ngược lại Khi vượt quá áp suất quy định, dựa trên đường cong công suất để kiểm tra. Khi đó có sự khác nhau giữa tốc độ tua bin và tốc độ động cơ. Nếu có trường hợp đó, lỗi sẽ được lưu lại và li hợp biến mô sẽ không đóng nữa.
2.2.3 Hệ thống làm mát dầu ATF
Dầu ATF được được làm mát nhờ dẫn dòng dầu qua bộ trao đổi nhiệt, bên cạnh đó bộ trao đổi nhiệt được tích hợp với bộ làm mát động cơ để làm mát dầu. Và dòng dầu này sẽ được dẫn trực tiếp đến hộp số.
Bộ làm mát dầu được lắp trực tiếp trong hộp số tự động, nó cho phép dòng dầu sẽ được điều khiển linh hoạt hơn. Vì vậy bộ làm mát dầu sẽ không sử dụng nhiều ống dẫn dầu và nó sẽ làm giảm độ rò rỉ dầu do đường truyền.
Hình 2.12: Đường truyền
Hình 2.13: Giá đỡ bộ trao đổi nhiệt
Giá đỡ bộ trao đổi nhiệt có nhiệm vụ bảo vệ bộ trao đổi nhiệt. Nó giúp cố định bộ trao đổi nhiệt.
2.2.3.1 Van ngắt của bộ làm mát
Hình 2.14: Van ngắt
Van ngắt được sử dụng để cho dòng dầu luôn giữ một nhiệt độ ổn định. Và khiến cho động cơ được ấm nhanh hơn sau khởi động lạnh.
N82 là một van trượt quay được điều khiển bởi một động cơ điện và được kích hoạt bởi bộ điều khiển hộp số J217. Nhiệt độ ATF <80°C, van được đóng và chặn lưu lượng chất làm mát từ động cơ đến bộ trao đổi nhiệt ATF. Do đó, nhiệt động cơ không tiêu tán với ATF và động cơ đạt được nhiệt độ hoạt động nhanh hơn.
Hoạt động của van:
Ở vị trí ban đầu, van trượt mở. Khi ta khởi động bộ điều khiển J217 truyền tín hiệu điều khiển mô tơ điện, dẫn động bộ bánh răng quay van trượt 90° => van đóng.
Khi nhiệt độ dầu >80°C, bộ điều khiển điều khiển mô tơ điện quay trở lại và làm mở van trượt.
Nếu trong trường hợp các dây tín hiệu bị lỗi thì van trượt sẽ mở để đảm bảo dầu hộp số sẽ luôn được làm mát.
2.2.4 Bộ bánh răng hành tinh
Khuếch đại mômen phải phù hợp với hoạt động của xe. Các bánh răng là cần thiết để thực hiện điều đó. Để hoàn thành điều này, hộp số tự động sử dụng bộ bánh răng hành tinh.
Một bộ bánh răng hành tinh có thể sử dụng để giảm tốc, tăng tốc, và truyền động trực tiếp. bộ bánh răng hành tinh có thể sử dụng để đảo chiều quay.
Trên xe Audi A8, hộp số tự động 09E sử dụng cơ chế bánh răng Lepelletier để khuếch đại mô men cũng như thay đổi tốc độ. Cho phép hộp số có thể thực hiện 6 cấp số với một số lùi. Bên cạnh đó sử dụng bộ điều khiển với 3 li hợp và 2 phanh.
Hình 2.17: Bộ bánh răng hành tinh kiểu Ravigneaux
Bộ bánh răng hành tinh đơn được lắp ngược với bộ bánh răng hành tinh Ravigneaux và nó cung cấp 2 cấp truyền động cho bộ bánh răng hành tinh Ravigneaux.
Đầu ra của hộp số luôn là bộ bánh răng của Ravigneaux.
2.2.4.1 Bộ bánh răng hành tinh Ravigneaux và cơ chế hoạt động 2.2.4.1.1 Cấu tạo:
Hình dưới đây chỉ sự khởi đầu của một bộ truyền bánh răng hành tinh sử dụng trong hộp số bốn tốc độ. Chú ý rằng bánh răng mặt trời thứ nhất và trục là một bộ phận và được nối với tuabin biến mô. Các bánh răng hành tinh ngắn được ăn khớp với bánh răng mặt trời. Các bánh răng hành tinh dài sẽ ăn khớp với bánh răng mặt trời lùi. Bánh răng bao đơn ăn khớp với bánh răng hành tinh dài. Sự sắp xếp của bộ truyền bánh răng hành tinh loại này được gọi là bộ truyền bánh răng hành tinh kép, cũng có khi gọi là bộ truyền bánh răng Ravigneaux. Bộ truyền bánh răng hành tinh kép được sử dụng nhiều năm trong hộp số hai và ba tốc độ.
2.2.4.1.2 Cơ chế hoạt động * Chế độ giảm tốc.
Trong trong chế độ giảm tốc, bộ truyền Ravigneaux có thể sinh ra 2 tỉ số truyền
- Tỷ số truyền 1
Đầu vào: Bánh răng mặt trời nhỏ (Small sun gear) Đầu ra : Bánh răng bao (Ring gear)
Cố định : Cần dẫn bánh răng hành tinh (Planet carrier)
Hình 2.19: Tỉ số truyền giảm tốc 1 của bộ truyền Ravigneaux
- Tỷ số truyền 2
Đầu vào: Bánh răng mặt trời nhỏ (Small sun gear) Đầu ra : Bánh răng bao (Ring gear)
Hình 2.20: Tỉ số truyền giảm tốc 2 của bộ truyền Ravigneaux
- Chế độ nối trực tiếp.
Đầu vào: Bánh răng bao (Ring gear) Đầu ra: Bánh răng bao (Ring gear)
Cố định: Bộ bánh răng hành tinh (Planetary gearset)
Hình 2.21: Chế độ truyền thẳng của bộ truyền Ravigneaux
Trong chế độ này toàn bộ bộ truyền không có chuyển động tương đối giữa các phần tử với nhau. Nói cách khác bộ truyền là một khối để tốc độ trục đầu vào và đầu ra bằng nhau.
Đầu vào: Cần dẫn bánh răng hành tinh (Planet carrier) Đầu ra: Bánh răng bao (Ring gear)
Cố định: Bánh răng mặt trời lớn (Large sun gear)
Hình 2.22: Chế độ tăng tốc của bộ truyền Ravigneaux
- Chế độ đảo chiều
Đầu vào: Bánh răng mặt trời lớn (Large sun gear) Đầu ra: Bánh răng bao (Ring gear)
Cố định: Cần dẫn bánh răng hành tinh (Planet carrier)
Hình 2.23: Chế độ đảo chiều của bộ truyền Ravigneaux
2.2.4.2 Nguyên lý hoạt động của hộp số tự động qua bộ bánh răng hành tinh
Hình 2.24 Số 1
Qua bộ biến mô, mô men sẽ được truyền từ bánh tua bin -> Bánh răng bao H1 -> Bánh răng hành tinh P1. Vì bánh răng mặt trời S1 bị cố định nên bánh răng hành tinh sẽ quay quanh bánh răng mặt trời. Do đó, mô men xoắn sẽ được truyền từ cần dẫn PT1. Bên cạnh đó, ly hợp A đóng lại và kết nối PT1 với bánh răng mặt trời nhỏ S3. Mô men xoắn truyền từ S3 -> Bánh răng hành tinh ngắn P3 -> Bánh răng hành tinh dài P2. Vì phanh D khóa cần dẫn PT2 nên bộ bánh răng hành tinh không quay quanh bánh răng mặt trời và mô men xoắn truyền tới bánh răng bao H2 và được truyền tới trục đầu ra.
*/ Số 2
Hình 2.25: Số 2
Trục Tuabin -> Bánh răng bao H1 -> Bánh răng hành tinh P1 (bánh răng P1 quay quanh bánh răng mặt trời S1 vì S1 cố định), Đầu ra của bộ truyền đơn
là cần dẫn PT1. Li hợp A đóng và nôi đường truyền mô men từ PT1 tới bánh răng mặt trời S3 và truyền tới bộ truyền Ravigneaux. Phanh C hoạt động và và khóa mánh răng mặt trời lớn S2. Mô men xoắn truyền từ S3 -> bánh răng hành tinh ngắn P3 -> bánh răng hành tinh dài P2. Bánh răng hành tinh P2 quay quanh bánh răng mặt trời S2 đang cố định và mô men được truyền tới bánh răng bao H2.
*/ Số 3
Hình 2.26: Số 3
Trục Tuabin -> Bánh răng bao H1 -> Bánh răng hành tinh P1 (bánh răng P1 quay quanh bánh răng mặt trời S1 vì S1 cố định), Đầu ra của bộ truyền đơn là cần dẫn PT1. Li hợp A đóng và nôi đường truyền mô men từ PT1 tới bánh răng mặt trời S3 và truyền tới bộ truyền Ravigneaux. Li hợp B đóng và cũng tạo đường truyền mô men tới bộ truyền Ravigneaux. Do đó ta thấy được mô men xoắn được dẫn truyền từ bộ truyền bánh răng hành tinh đơn sang bộ truyền bánh răng hành tinh Ravigneaux qua 2 bộ li hợp A và B.
Hình 2.27: Số 4
Trục Tuabin -> Bánh răng bao H1 -> Bánh răng hành tinh P1 (bánh răng P1 quay quanh bánh răng mặt trời S1 vì S1 cố định), Đầu ra của bộ truyền đơn là cần dẫn PT1. Trong tay số này cả sử dụng 2 li hợp A và E. Li hợp A đóng và nôi đường truyền mô men từ PT1 tới bánh răng mặt trời S3 và truyền tới bộ truyền Ravigneaux. Li hợp E đóng thì trục tua bin nó sẽ truyền mô men xoắn tới cần dẫn của bộ bánh răng hành tinh Ravigneaux. Bánh răng mặt hành tinh dài P2 thi ăn khớp với bánh răng hành tinh ngắn P3 và dẫn động bánh răng bao cùng nhau.
*/ Số 5
Trục Tuabin -> Bánh răng bao H1 -> Bánh răng hành tinh P1 (bánh răng P1 quay quanh bánh răng mặt trời S1 vì S1 cố định), Đầu ra của bộ truyền đơn là cần dẫn PT1. Trong tay số này sử dụng 2 li hợp B và E. Li hợp B đóng dẫn động bánh răng mặt trời lớn S2. Li hợp E đóng thì trục tua bin nó sẽ truyền mô men xoắn tới cần dẫn PT2. Do đó, bánh răng hành tinh P2 dẫn động bánh răng bao H2 cùng với cần dẫn PT2 và bánh răng mặt trời S2.
*/ Số 6
Hình 2.29: Số 6
Phanh C hãm bánh răng mặt trời lớn S2
Li hợp E đóng, trục tuabin truyền mô men tới cần dẫn của bộ truyền Ravigneaux (PT2) và từ đó truyền mô men tới bộ truyền. Bánh răng hành tinh dài P2 quay quanh bánh răng mặt trời S2 đang cố định.
Và do li hợp A và B đang mở nên bộ truyền bánh răng hành tinh đơn không tác động đến đầu ra của hộp số.
Hình 2.30: Số lùi
Ở tay số lùi sử dụng li hợp B và phanh D
Trục Tuabin -> Bánh răng bao H1 -> Bánh răng hành tinh P1 (bánh răng P1 quay quanh bánh răng mặt trời S1 vì S1 cố định), Đầu ra của bộ truyền đơn là cần dẫn PT1. Li hợp B đóng và cũng tạo đường truyền mô men tới bộ truyền Ravigneaux. Và phanh D hãm cần dẫn PT2. Mô men xoắn truyền từ bánh răng mặt trời lớn S2 -> bánh răng hành tinh P2. Dưới sự hỗ trợ của PT2, bánh răng P2 -> bánh răng bao H2. Do đó số lùi hoạt động.
2.2.4.3 Phanh và li hợp ướt
Trong hoạt động của hộp số tự động các chế độ đóng li hợp/ phanh được điều khiển thủy lực. Áp suất dầu tới các xy lanh của li hợp/ phanh phù hợp. Do đó, gây ra pít-tông nén bộ đĩa / đĩa. Khi áp lực dầu giảm dần, tấm lò xo nằm trên pít-tông buộc piston trở lại vị trí ban đầu của nó.
Để kết hợp tối ưu của hiệu quả hộp số cho động cơ, số lượng tấm ly hợp được điều chỉnh với đầu ra động cơ, do đó giảm thiểu tổn thất ma sát của ly hợp mở.
Vị cơ chế hoạt động của các li hợp và phanh đều dùng cơ chế dùng piston ép nên dùng cơ chế hoạt động của li hợp E làm ví dụ:
Hình 2.31: Li hợp E
1- Ống dẫn dầu bôi trơn; 2- Ống dẫn áp suất; 3- Piston; 4- Bộ đĩa li hợp; 5- Cần dẫn 2; 6- Lò xo hồi vị; 7- Bánh răng bao 1; 8- Xy lanh; 9- Trục tuabin