HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ (SERVICE)

Hộp số tự động (tiếng Anh là Automatic Transmission – viết tắt AT) là loại hộp số có thể tự động thay đổi tỉ số truyền động mà không cần bất kỳ sự can thiệp điều khiển nào từ người lái. Có nhiều loại hộp số tự động như:

• Hộp số tự động thuỷ lực (AT) – đây là loại hộp số phổ biến nhất, có thể thấy ở những xe như: Toyota Innova, Toyota Camry…
• Hộp số tự động vô cấp (CVT) – loại hộp số này ngày càng được ưa chuộng, sử dụng ở những xe như: Toyota Wigo, Honda CR-V…
• Hộp số ly hợp kép (DCT) – loại hộp số này đang dần phổ biến, có thể thấy ở những xe như: Hyundai Kona, Hyundai Tucson…

Trong đó phổ biến nhất là hộp số tự động thuỷ lực. Loại hộp số này sử dụng áp suất dầu để điều khiển các ly hợp bên trong.

Ưu điểm của hộp số tự động là “giải phóng” người lái ra khỏi chân côn và cần số. Điều này giúp các thao tác lái xe trở nên đơn giản hơn. Thấy rõ nhất là khi vận hành trong phố, những khu vực đông đúc. Tuy nhiên so với hộp số sàn thì hộp số tự động ô tô có cấu tạo phức tạp hơn khá nhiều.

A. Cấu tạo hộp số tự động

Cấu tạo toàn bộ hệ thống truyền động trên xe ô tô sẽ gồm: động cơ, hộp số, vi sai và truyền động cuối. Xe ô tô số sàn sử dụng ly hợp cơ khí. Còn xe ô tô 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 ô tô gồm:

• Các bộ bánh răng hành tinh
• Các bộ ly hợp thuỷ lực
• Biến mô thuỷ lực
• Bộ điều khiển điện tử
• Dầu hộp số tự động

Bộ bánh răng hành tinh

Bộ truyền bánh răng hành tinh có vai trò quan trọng nhất trong hộp số xe 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.

Dẫn động trực tiếp: 

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 thuỷ 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 thủy lực - 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.

Chức năng của hệ thống điều khiển thủy lực như sau:

- Cung cấp dầu thủy lực đến bộ biến mô.
- Điều chỉnh áp suất thủy lực do bơm dầu tạo ra.
 Cung cấp áp suất thủy lực đến các ly hợp và phanh để điều khiển hoạt động của bánh răng hành tinh.
 Bôi trơn các chi tiết chuyển động quay bằng dầu.
- Làm mát biến mô và hộp số bằng dầu.

Dầu hộp số tự động

Chức năng của dầu hộp số tự động (ATF):

- Truyền mômen trong bộ biến mô.

- Điều khiển hệ thống điều khiển thủy lực, cũng như hoạt động của ly hợp và phanh trong phần hộp số.

- Bôi trơn các bánh răng hành tinh và các chi tiết chuyển động khác.

- Làm mát các chi tiết chuyển động.

B. 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 như số 1 sẽ có ly hợp số 1 và bộ bánh răng hành tinh số 1, số 2 có ly hợp số 2 và bộ bánh răng hành tinh số 2… Các cặp ly hợp và bánh răng hành tinh tương ứng được bố trí dài theo trục hộp số. Ngoài ly hợp số còn có thêm cả ly hợp tiến.

Nguyên lý hoạt động hộp số tự động như sau: mô men xoắn từ trục khuỷu của động cơ truyền qua biến mô và từ biến mô truyền vào trục vào của hộp số. Bộ điều khiển điện tử thông qua tín hiệu từ cảm biến sẽ tiến hành cho đóng mở đường dầu dẫn đến các ly hợp. Để mô men xoắn truyền đến trục ra của hộp số thì phải có 2 ly hợp đóng lại.

• Nếu xe di chuyển về phía trước: ly hợp tiến và ly hợp số (số 1 hoặc số 2…) tương ứng với tốc độ xe sẽ được đóng.
• Nếu xe ở số N trung gian: chỉ có 1 ly hợp số 2 đóng lại. Ly hợp tiến không được đóng lại. Đây chính là lý do mô men xoắn không thể truyền đến trục ra của hộp số.
• Nếu xe di chuyển lùi: ly hợp số 2 và ly hợp số 5 được đóng lại (với loại hộp số tự động có 5 số tiến và 1 số lùi).

Số 1: Quá trình vào số 1 được thực hiện bằng cách đóng ly hợp số tiền và ly hợp số 1. Ly hợp số tiến cho phép mô men xoắn truyền từ biến mô đến trục vào của hộp số. Đây được xem là “cửa ngõ” đầu vào của hộp số. Ly hợp số 1 được đóng, mô men xoắn truyền qua bộ bánh răng hành tinh số 1 và 2… rồi chuyển đến trục ra của hộp số.

Số 2: Quá trình sang số 2 cũng tương tự. Ly hợp tiến đóng cho phép mô men xoắn truyền từ trục biến mô vào hộp số. Ly hợp số 2 đóng giúp truyền động cho bộ bánh răng hành tinh số 2 và 3, rồi chuyển đến trục ra của hộp số.

Số lùi: Với số lùi, ly hợp số 5 đóng cho phép mô men xoắn truyền từ trục biến mô sang trục bánh răng mặt trời. Ly hợp số 2 đóng, giữ cố định vành đai ngoài của bộ bánh răng hành tinh số 2. Mô men xoắn sẽ đổi chiều khi truyền từ trục bánh răng mặt trời qua bộ bánh răng hành tinh số 2 và 3 sau đó chuyển đến trục ra của hộp số.

Các hộp số xe tự động ngày nay còn được bổ sung thêm một số chức năng như: kiểm soát tốc độ của động cơ cũng như vị trí bướm ga, giám sát hệ thống phanh ABS…