Nghiên Cứu Hộp Số Trên Xe Ô Tô: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Hộp số, trái tim của hệ thống truyền lực, biến đổi mô-men và tốc độ động cơ phù hợp với điều kiện làm việc của bánh xe. George Selden với bộ truyền động cầu trước và động cơ 3 xi-lanh đã tạo ra thiết kế xe hơi ban đầu. Louis-Rene Panhard và Emile Levassor (1894) với bản phác thảo đầu tiên của hộp số cận đại đã bị chỉ trích. Mẫu xe của họ chết máy và không thành công. Về sau, họ đã thành công với chiếc xe đầu tiên sẵn sàng chạy khi đạp ga. Năm 1898, Louis Renault kết nối thành công công suất từ động cơ đặt dọc qua hộp số tới cầu sau. Cầu sau 'sống', hay còn gọi là vi sai cầu sau, cho phép bánh xe phía ngoài quay nhanh hơn khi xe quay vòng. Đến năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard-Levassor đã được hầu hết các nhà sản xuất ô tô sử dụng.

Hộp số có nhiệm vụ thay đổi tỉ số truyền để thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe chủ động. Ngoài ra, nó còn thay đổi tốc độ chạy phù hợp với sức cản bên ngoài, thay đổi chiều chuyển động của xe, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực mà không cần tắt máy, và dẫn động lực học ra ngoài cho các bộ phận công tác của xe chuyên dùng. Yêu cầu của hộp số là có đủ tỉ số truyền một cách hợp lý, hiệu suất truyền lực cao, làm việc không gây tiếng ồn, thay đổi số nhẹ nhàng, kết cấu gọn gàng chắc chắn, dễ điều khiển và bảo dưỡng, giá thành hạ. Có hai loại chính: hộp số có cấp (thay đổi số bằng các còn trượt) và hộp số vô cấp (thay đổi tỉ số truyền liên tục).

Cấu tạo hộp số sàn bao gồm: Vỏ hộp số (bằng gang hoặc hợp kim nhôm, chứa dầu bôi trơn, đỡ các chi tiết bên trong). Trục sơ cấp (truyền động quay từ đĩa ma sát của ly hợp đến trục trung gian). Trục trung gian (giữ cho các bánh răng luôn ăn khớp). Trục thứ cấp (đỡ các bánh răng và đồng tốc). Trục số lùi (để gài số lùi). Bánh răng (bánh răng trụ răng thẳng và bánh răng trụ răng nghiêng). Bộ đồng tốc (làm cho các bánh răng quay cùng tốc độ trước khi gài vào khớp). Các chi tiết này phối hợp để tạo ra các tỉ số truyền khác nhau, cho phép xe di chuyển với tốc độ và mô-men xoắn phù hợp.

Bảo dưỡng hộp số sàn bao gồm kiểm tra mức dầu, thay dầu định kỳ, và kiểm tra các chi tiết khác như bánh răng, bộ đồng tốc, và các trục. Dầu hộp số cần được thay thế theo khuyến cáo của nhà sản xuất để đảm bảo bôi trơn tốt và kéo dài tuổi thọ của hộp số. Khi kiểm tra, cần chú ý đến các dấu hiệu hư hỏng như tiếng ồn lạ, khó vào số, hoặc nhảy số. Sửa chữa hộp số sàn đòi hỏi phải tháo rời các chi tiết, kiểm tra và thay thế các chi tiết bị hư hỏng. Quy trình tháo lắp cần tuân thủ đúng kỹ thuật để tránh làm hỏng các chi tiết khác.

Các hư hỏng thường gặp của hộp số sàn bao gồm nhảy số, hộp số làm việc có tiếng kêu, không vào được số hoặc vào số có tiếng kêu, hộp số bị hỏng, và hộp số bị chảy dầu. Nguyên nhân có thể do mòn bánh răng, hỏng bộ đồng tốc, lỏng ốc vít, hoặc hỏng phớt làm kín. Cách khắc phục tùy thuộc vào nguyên nhân gây ra hư hỏng. Ví dụ, nếu bị nhảy số có thể do mòn bánh răng hoặc hỏng bộ đồng tốc, cần phải thay thế các chi tiết này.

Các thành phần chính của hộp số tự động bao gồm: Bộ bánh răng hành tinh (tạo ra các tỉ số truyền khác nhau). Bộ ly hợp thủy lực (đóng vai trò như ly hợp của hộp số sàn, nhưng hoạt động bằng áp suất dầu). Biến mô thủy lực (truyền mô-men xoắn từ động cơ sang hộp số, đồng thời giảm rung động). Bộ điều khiển điện tử (ECU - Electronic Control Unit) (điều khiển hoạt động của hộp số dựa trên các cảm biến và chương trình được lập trình sẵn).

Hộp số tự động hoạt động dựa trên áp suất dầu. ECU sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến (tốc độ xe, vị trí bướm ga, nhiệt độ dầu...) và điều khiển các van điện từ. Các van điện từ sẽ điều khiển áp suất dầu tác động lên các ly hợp và phanh trong bộ bánh răng hành tinh. Việc đóng/mở các ly hợp và phanh sẽ thay đổi tỉ số truyền của hộp số. Biến mô thủy lực giúp truyền mô-men xoắn từ động cơ sang hộp số một cách êm ái.

Ưu điểm của hộp số tự động là sự tiện lợi, dễ lái, giảm mệt mỏi cho người lái. Nhược điểm là hiệu suất truyền lực thấp hơn hộp số sàn (do tổn hao năng lượng trong biến mô thủy lực), tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, và chi phí bảo dưỡng sửa chữa cao hơn. Tuy nhiên, công nghệ ngày càng phát triển, các hộp số tự động hiện đại (như hộp số ly hợp kép) đã khắc phục được nhiều nhược điểm này.

Cấu tạo chính của hộp số CVT bao gồm: Dây đai hoặc xích (thường làm bằng thép, dùng để truyền động). Hai puli (một puli chủ động và một puli bị động, có đường kính thay đổi được). Cơ cấu điều khiển (điều khiển đường kính của các puli, từ đó thay đổi tỉ số truyền). Puli có dạng hình nón, khi hai nửa của hình nón ép lại gần nhau, đường kính hiệu dụng tăng lên, và ngược lại.

Hộp số CVT hoạt động dựa trên sự thay đổi đường kính của hai puli. Khi đường kính puli chủ động tăng lên và đường kính puli bị động giảm xuống, tỉ số truyền sẽ tăng lên (xe đi chậm, mô-men xoắn lớn). Khi đường kính puli chủ động giảm xuống và đường kính puli bị động tăng lên, tỉ số truyền sẽ giảm xuống (xe đi nhanh, mô-men xoắn nhỏ). Việc thay đổi đường kính puli được điều khiển bởi cơ cấu thủy lực hoặc cơ cấu điện.

Hộp số CVT thường được sử dụng trên các xe tiết kiệm nhiên liệu và xe hybrid, vì nó cho phép động cơ hoạt động ở dải vòng tua tối ưu, giúp giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải. Một số mẫu xe sử dụng hộp số CVT là Toyota Prius, Honda Civic, và Nissan Altima. Tuy nhiên, hộp số CVT ít được sử dụng trên các xe thể thao, vì nó không mang lại cảm giác lái mạnh mẽ và thể thao.

Quy trình bảo dưỡng hộp số bao gồm kiểm tra mức dầu, kiểm tra chất lượng dầu (màu sắc, mùi), và thay dầu định kỳ theo khuyến cáo của nhà sản xuất. Dầu hộp số có vai trò quan trọng trong việc bôi trơn, làm mát, và truyền động. Việc thay dầu định kỳ sẽ giúp loại bỏ các cặn bẩn và mạt kim loại, đảm bảo hộp số hoạt động trơn tru.

Kỹ thuật sửa chữa hộp số bao gồm việc xác định lỗi (thông qua các triệu chứng, mã lỗi), tháo rời các chi tiết, kiểm tra các chi tiết bị hư hỏng, thay thế các linh kiện bị hư hỏng, và lắp ráp lại hộp số. Việc xác định lỗi cần phải chính xác để tránh thay thế sai linh kiện. Việc tháo lắp cần phải cẩn thận để tránh làm hỏng các chi tiết khác.

Một số lưu ý quan trọng khi bảo dưỡng và sửa chữa hộp số: sử dụng dầu hộp số chính hãng (đảm bảo chất lượng và phù hợp với loại hộp số), tìm đến các kỹ thuật viên chuyên nghiệp (có kinh nghiệm và tay nghề cao), tuân thủ đúng quy trình kỹ thuật, và sử dụng dụng cụ chuyên dụng.

Hộp số ly hợp kép (DCT) là loại hộp số tự động sử dụng hai ly hợp riêng biệt, một ly hợp cho các số lẻ và một ly hợp cho các số chẵn. Điều này cho phép chuyển số cực nhanh, mang lại cảm giác lái thể thao và hiệu suất truyền lực cao.

Hộp số nhiều cấp (9 cấp, 10 cấp) cho phép động cơ hoạt động ở dải vòng tua tối ưu trong nhiều điều kiện lái xe khác nhau, giúp cải thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

Hộp số thông minh có khả năng tự điều chỉnh chế độ hoạt động dựa trên điều kiện lái xe (địa hình, phong cách lái), mang lại trải nghiệm lái xe tốt nhất cho người dùng.