Chắc hẳn chúng ta ai cũng biết trên một chiếc xe nâng sẽ có những bộ phận vô cùng quan trọng. Và một trong những bộ phận đó chính là hộp số tự động. Hộp số tự động viết tắt là hộp số AT cụm từ viết tắt tiếng anh (Automatic Transmission) mang lại nhiều lợi ích và tính linh hoạt mà bất kỳ người lái xe nào cũng sẽ đánh giá cao. Hộp số tự động là gì? Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hộp số tự động. Hãy cùng XENANGUYTIN.COM tìm hiểu sâu hơn trong bài viết dưới đây nhé!
1. HỘP SỐ TỰ ĐỘNG LÀ GÌ?
Hộp số tự động là gì? Đây là một trong những bộ phận vô cùng quan trọng đối với động cơ ô tô. Hộp số tự động có hai nhiệm vụ chính như:
– Thay đổi lực kéo bằng cách thay đổi tỷ số truyền sao cho đảm bảo lực kéo từ động cơ đến bộ truyền lực chính với một suất tiêu hao nhiên liệu tối ưu nhất.
– Thay đổi chiều chuyển động của động cơ giúp ô tô đi lùi một cách dễ dàng.
Hộp số tự động – AT lấy từ tên viết tắt của “Automatic Transmission“. Chúng cho phép thực hiện các thao tác sang số một cách tự động. Nhờ vậy mà người dùng giảm bớt được các thao tác khi vận hành xe. Đây được coi là một giải pháp hộp số rất tối ưu.
Hộp số tự động được giới chuyên gia nhận định là có cấu tạo phức tạp, đa dạng về chủng loại, mẫu mã. Chính sự phức tạp này giúp cho người lái “nhàn” hơn khi chỉ còn chân ga và chân phanh tại khu vực điều khiển. Người lái không phải thực hiện thao tác chuyển đổi số, hộp số tự động sẽ tự điều chỉnh tỷ số truyền phù hợp trong quá trình sử dụng.
2. CẤU TẠO CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
Cấu tạo hộp số tự động phức tạp hơn số sàn nên việc hiểu rõ được nguyên lý hoạt động, tính năng sẽ giúp hạn chế hư hỏng và kéo dài tuổi thọ. Tuy lái số tự động đơn giản hơn lái xe số sàn nhưng hộp số tự động ô tô lại có cấu tạo phức tạp hơn số sàn. Vì thế hiểu đúng về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tính năng cũng như cách sử dụng hộp số tự động ô tô sẽ giúp hạn chế các hư hỏng, đồng thời kéo dài tuổi thọ hộp số.
Cấu tạo toàn bộ hệ thống truyền động trên xe nâng sẽ gồm: động cơ, hộp số, vi sai và truyền động cuối. Xe nâng số sàn sử dụng ly hợp cơ khí. Còn xe nâng số tự động dùng loại ly hợp thuỷ lục. Do đó trên xe số tự động, dễ nhận ra là xe không có bàn đạp ly hợp (chân côn). Người lái không phải thao tác chuyển số. Mọi thứ đơn giản và tự động khi chọn chế độ D (drive).
Hộp số tự động hoạt động dựa trên việc điều chỉnh các bánh răng hành tinh ăn khớp với nhau nhằm tạo ra tỷ số truyền khác nhau ở đầu vào và đầu ra.
Cấu tạo của hộp số tự động gồm:
- Các bộ bánh răng hành tinh
- Các bộ ly hợp thuỷ lực
- Biến mô thuỷ lực
- Bộ điều khiển điện tử
Bộ bánh răng hành tinh
Bộ truyền bánh răng hành tinh có vai trò quan trọng nhất trong hộp số tự động. Cấu tạo của bộ bánh răng hành tinh gồm:
- Bánh răng mặt trời (còn gọi là bánh răng định tinh): là bánh răng có kích thước lớn nhất, nằm ở vị trí trung tâm.
- Bánh răng hành tinh: là các bánh răng hành tinh có kích thước nhỏ hơn, ăn khớp và xoay quanh bánh răng mặt trời.
- Vành đai ngoài: vành đai ngoài bao quanh toàn bộ bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh. Vành đai này ăn khớp với bánh răng hành tinh. Ở hộp số tự động, mặt ngoài của vành đai ngoài được thiết kế nhiều rãnh để ăn khớp với những đĩa ma sát của ly hợp. Điều này giúp các đĩa ma sát chuyển động cùng với vành đai ngoài.
- Lồng hành tinh: trục của bánh răng hành tinh liên kết với một lồng hành tinh (cần dẫn) đồng trục với bánh răng mặt trời và vành đai ngoài.
Bất kể bộ phận nào trong 3 bộ phận bánh răng mặt trời, lồng hành tinh và vành đai ngoài đều có thể giữ vai trò dẫn mô men xoắn – đầu vào/sơ cấp. Khi ấy, 1 trong 2 bộ phận còn lại giữ vai trò nhận mô men xoắn – đầu ra/thứ cấp. Bộ phận còn lại giữ cố định. Sự thay đổi của bộ phận đầu vào hoặc bộ phận cố định sẽ cho tỷ số truyền đầu ra khác nhau.
Tỷ số truyền giảm khi tốc độ đầu vào nhỏ hơn tốc độ đầu ra. Tỷ số truyền tăng khi tỷ số đầu vào lớn hơn tỷ số đầu ra. Khi tỷ số giảm đi cùng với chuyển động đầu vào và đầu ra ngược nhau thì cho số lùi.
Giảm tốc: Ở chế độ này, vành đai ngoài chủ động – bánh răng mặt trời cố định – lồng hành tinh bị động. Khi vành đai ngoài quay theo chiều kim đồng hồ, bánh răng hành tinh cũng quay theo chiều kim đồng hồ. Điều này làm cho tốc độ của lồng hành tinh giảm.
Tăng tốc: Ở chế độ này, vành đai ngoài bị động – bánh răng mặt trời cố định – lồng hành tinh chủ động. Khi bánh răng hành tinh quay theo chiều kim đồng hồ làm cho vành đai ngoài tăng tốc quay theo.
Đảo chiều: Ở chế độ này, vành đai ngoài bị động – bánh răng mặt trời chủ động – lồng hành tinh cố định. Khi bánh răng mặt trời quay theo chiều kim đồng hồ, do lồng hành tinh đang cố định nên bánh răng hành tinh quay ngược chiều kim đồng hồ. Điều này làm vành đai ngoài cũng quay ngược chiều kim đồng hồ.
Bộ ly hợp thủy lực
Bộ ly hợp thuỷ lực có cấu tạo gồm:
- Các đĩa ma sát
- Các tấm thép ma sát
- Lò xo
- Piston
Đĩa mã sát và tấm thép ma sát được thiết kế chồng lên nhau. Đĩa ma sát ăn khớp với vành đai ngoài của bộ bánh răng hành tinh nhờ các rãnh. Khi vành đai ngoài chuyển động thì các đĩa ma sát của ly hợp cũng chuyển động theo. Lò xo có nhiệm vụ tách các tấm ma sát với nhau khi áp suất dầu giảm hoặc không có. Khi áp suất dầu tăng, lò xo dịch chuyển qua phải, các tấm ma sát ép lại vào nhau. Lúc này vành đai của bộ bánh răng hành tinh bị giữ lại.
Bộ biến mô thuỷ lực
Biến mô thuỷ lực là loại khớp nối bằng chất lỏng có vai trò truyền mô men xoắn từ động cơ đến trục vào hộp số. Biến mô thuỷ lực nằm ngay giữa động cơ và hộp số.
Cấu tạo của biến mô thuỷ lực gồm:
- Bộ bánh bơm kết nối với động cơ
- Stator định hướng môi chất
- Tuabin kết nối với hộp số
Nguyên lý hoạt động của biến mô có thể hình dung như việc đặt 2 chiếc quạt máy đối diện nhau. Quạt 1 có vai trò như bộ bánh bơm, quạt 2 có vai trò như tuabin. Không khí như môi chất sẽ chuyển từ quạt 1 đập vào cánh quạt 2 làm cho quạt 2 quay chuyển trả lại cho quạt 1.
Xe dừng: Khi xe dừng, máy vẫn nổ, động cơ vẫn dẫn động bộ bánh bơm nhưng không đủ mạnh để làm tuabin hoạt động. Khi xe bắt đầu bắt đầu chạy, bánh bơm xoay nhanh hơn đủ lực dẫn động cho tuabin. Lúc này sự khuếch đại bắt đầu diễn ra do sự chênh lệch lớn giữa tốc độ bánh bơm và tuabin.
Xe tăng tốc: Khi xe tăng tốc, bánh bơm xoay nhanh hơn dẫn đến tuabin cũng quay nhanh hơn. Sự khuếch đại sẽ giảm khi tốc độ tuabin tăng cao.
Điểm khớp nối: Khi tốc độ tuabin tăng xấp xỉ 90% so với tốc độ bánh bơm (thường ở dải tốc 60 km/h) thì sự khuếch đại mô men xoắn bằng 0. Lúc này, biến mô thực sự đóng vai trò là một khớp nối môi chất giữa động cơ và hộp số.
Ngoài vai trò chính trên, biến mô thuỷ lực còn có nhiệm vụ dẫn động bơm dầu hộp số ô tô. Khi bánh bơm quay thì tuabin cũng quay giúp hút dầu thuỷ lực và chuyển vào hệ thống thuỷ lực bên trong hộp số.
Bộ điều khiển điện tử
Xe có thể chuyển số tự động chủ yếu nhờ vào bộ điều khiển điện tử. Bộ điều khiển này tiếp nhận thông tin đầu vào từ những cảm biến. Sau đó xử lý thông tin và cung cấp dòng điện đến các van để đóng mở đường dầu đến các ly hợp.
3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
Mỗi số sẽ có một bộ ly hợp và bộ bánh răng hành tinh tương ứng, chẳng hạn như số 1 sẽ có bộ ly hợp 1 và bộ bánh răng hành tinh thứ 1, số 2 sẽ có bộ ly hợp 2 và bộ bánh răng hành tinh thứ 2… các cặp ly hợp và bánh răng hành tinh tương ứng được bố trí dọc trục truyền động. Ngoài ly hợp số còn có ly hợp trước.
Nguyên lý hoạt động của hộp số tự động như sau: mô-men xoắn từ trục khuỷu động cơ được truyền qua bộ biến mô và từ bộ biến mô đến trục đầu vào của hộp số. Bộ phận điều khiển điện tử thông qua tín hiệu từ cảm biến sẽ tiến hành đóng mở đường dẫn dầu dẫn đến ly hợp. Để mô-men xoắn được truyền đến trục ra của hộp số, hai ly hợp phải được đóng lại.
- Nếu xe đang di chuyển về phía trước: ly hợp số tiến và ly hợp bánh răng (số 1 hoặc số 2, v.v.) tương ứng với tốc độ xe sẽ được gài.
- Nếu xe đang ở số trung gian N: chỉ có 1 ly hợp 2 đóng. Ly hợp phía trước không đóng. Đây chính là nguyên nhân khiến mô-men xoắn không thể truyền đến trục ra của hộp số.
- Nếu xe lùi: ly hợp 2 và ly hợp 5 đóng (với hộp số tự động 5 số tiến và 1 số lùi).
Số 1: Số 1 đạt được bằng cách đóng ly hợp đồng xu và ly hợp số 1. Ly hợp tiến được sử dụng để truyền mô-men xoắn từ bộ biến mô đến trục đầu vào của hộp số. Đây được coi là “cửa ngõ” vào hộp số. Ly hợp 1 đóng lại, mô men xoắn được truyền bởi bộ bánh răng hành tinh 1 và 2… sau đó truyền đến trục ra của hộp số.
Số 2: Quá trình sang số 2 cũng tương tự. Ly hợp phía trước được đóng lại cho phép mô-men xoắn được truyền từ trục của bộ biến mô đến hộp số. Ly hợp 2 đóng lại giúp truyền động cho các bánh răng hành tinh 2 và 3, sau đó truyền đến trục ra của hộp số.
Số lùi: Khi số lùi, ly hợp thứ 5 đóng lại cho phép truyền mô-men xoắn từ trục bộ biến mô sang trục bánh răng mặt trời. Ly hợp #2 đóng, giữ đai ngoài của bộ bánh răng hành tinh # 2. Mô-men xoắn đổi hướng khi nó được truyền từ trục bánh răng mặt trời đến các bộ bánh răng hành tinh # 2. Mô-men xoắn thay đổi hướng khi nó được truyền đến cây. thoát khỏi hộp số.
Hộp số tự động ngày nay còn được bổ sung thêm một số chức năng như kiểm soát tốc độ động cơ cũng như vị trí bướm ga, giám sát hệ thống phanh ABS…
4. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
Hộp số tự động xuất hiện trên thị trường từ năm 1940 cho đến ngày nay nó ngày càng khẳng định ưu thế của mình trong ngành công nghiệp ô tô và được nhiều người lái xe đón nhận. Hiện tại nếu để ý có thể thấy hầu hết các mẫu xe bán ra tại thị trường Việt Nam đều được trang bị hộp số tự động.
Xe sử dụng hộp số tự động (AT) được coi là loại hộp số hiện đại. Trong quá trình vận hành, có thể hạn chế sử dụng điều khiển bằng tay. Nhờ đó tạo cảm giác thoải mái, linh hoạt và thuận tiện khi lái xe.
4.1 ƯU ĐIỂM
- Dễ sử dụng hơn: Do tính chất tự động của loại hộp số này, người lái chỉ cần khởi động, gài số và nhấn ga để xe di chuyển mà không cần sử dụng đến thao tác bóp côn và chuyển số như xe MT đang lưu hành. Do đó, mang lại trải nghiệm dễ dàng và thoải mái hơn, đặc biệt là đối với những tay đua yếu.
- Hữu ích khi sử dụng xe trong đô thị đông đúc: đối với xe số sàn, người lái phải cực kỳ tập trung để xe không bị khựng lại ở tốc độ thấp. Trong khi đó, xe AT cho phép người lái hoàn toàn chủ động di chuyển mà không cần thực hiện nhiều thao tác. Đây cũng là yếu tố giúp xe AT tiết kiệm xăng hơn xe MT
- Di chuyển dễ dàng hơn ở vùng đồi núi: Xe MT khó xoay xở khi đi đường núi nhưng xe AT lại giải quyết vấn đề này tốt hơn khi cho phép người lái sử dụng lẫy chuyển số tự động chuyển số linh hoạt.
4.2 NHƯỢC ĐIỂM
- Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế khá cao: do cấu tạo hệ thống của xe AT khá phức tạp, ví dụ như có nhiều bộ phận: bơm thủy lực, bộ điều khiển điện tử,… điều này sẽ gây lãng phí rất nhiều thời gian và tiền bạc. .
- Tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn: Xe có hộp số tự động tiêu tốn năng lượng để vận hành bơm thủy lực. Trong khi đó, xe số sàn không cần bơm thủy lực nên tiết kiệm năng lượng hơn khi chạy đường dài.
