CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu chung về sự phát triển của ô tô và hệ thống truyền lực Chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng động cơ xăng (động cơ Otto) được Karl Benz phát minh ra ở Đức năm 1885. Đây là -“chiếc ô tô đầu tiên được thiết kế và chế tạo theo đúng nghĩa”. Mặc dù Karl Benz được công nhận là người sáng tạo ra chiếc ô tô hiện đại, nhưng nhiều kỹ sư người Đức khác cũng đã làm việc để chế tạo ra những chiếc ô tô khác trong cùng thời gian như: Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach ở Stuttgart năm 1886.
Trong số những thiết bị mà Karl Benz phát minh cho xe hơi có chế hoà khí, hệ thống điều chỉnh tốc độ cũng được gọi là chân ga, đánh lửa sử dụng các tia lửa điện từ một ắc quy, bugi, khớp ly hợp, sang số, và làm mát bằng nước. Ông đã chế tạo thêm các phiên bản cải tiến năm 1886 và 1887 – đưa vào sản xuất năm 1888 - chiếc xe đầu tiên trên thế giới được đưa vào sản xuất. Chúng được lắp các động cơ bốn thì theo thiết kế của riêng ông. Chiếc ô tô Hoa Kỳ đầu tiên bằng động cơ đốt trong chạy nhiên liệu gas đã được thiết kế năm 1877 bởi George Selden ở Rochester- New York.
Ông đã xin cấp một bằng sáng chế cho một chiếc ô tô năm 1879. Chiếc xe do George Selden thiết kế vào năm 1877 8 Ngày 5 tháng 11, 1895, George B. Selden được trao bằng sáng chế của Hoa Kỳ cho một động cơ ô tô hai thì. Bằng sáng chế này gây trở ngại nhiều hơn là góp phần phát triển ôtô ở Mỹ.
Các ôtô dùng động cơ hơi nước, điện và xăng đã cạnh tranh với nhau trong nhiều thập kỷ, cuối cùng động cơ xăng đốt trong đã giành ưu thế áp đảo trong thập niên 1910. Oldsmobile, người sáng tạo ra dây chuyền lắp ráp và sản xuất ô tô lớn đầu tiên năm 1902, sau này được Henry Ford phát triển thêm trong thập kỷ 1910. Kỹ thuật ô tô phát triển nhanh chóng, một phần nhờ sự cạnh tranh lẫn nhau giữa hàng trăm nhà sản xuất. Những phát triển quan trọng gồm hệ thống đánh lửa và tự khởi động điện, bộ treo độc lập và phanh bốn bánh.
Các loại xe ngày càng được cải tiến và thay đổi về thiết kế. Xe hơi không chỉ đơn thuần là một công cụ cơ khí được hoàn thiện mà kể từ những năm 1920 gần như tất cả đã được sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu cầu thị trường và yêu cầu của người dùng. Sloan là người thiết lập ý tưởng nhiều kiểu xe được sản xuất bởi một hãng. Những kiểu khác nhau này dùng chung một số linh kiện do vậy số lượng sản xuất nhiều sẽ làm giảm giá thành cho từng mệnh giá khác nhau.
Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô luôn gắn liền với sự ra đời và phát triển của các loại HTTL nói chung và hộp số nói riêng. Được ví như trái tim của hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ làm việc của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên đường. Kể từ khi phát minh nổi tiếng của George Selden về bộ truyền động cầu trước kết hợp với động cơ 3 xi lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi, có rất ít ý tưởng mới phù hợp. Bản phác thảo đầu tiên của hộp số cận đại do hai kỹ sư người Pháp, Louis-Rene Panhard và Emile Levassor đưa ra vào năm 1894.
Thời kì đó, kết cấu truyền động khá đơn giản bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền bánh răng côn. Xe chỉ có thể chạy với tốc độ đa 32 km/h. Khi gặp vật cản trên đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp. Panhard and Levassor nổi danh không những chỉ với riêng hộp số mà còn toàn bộ hệ thống truyền lực.
Lần này, họ đã có chiếc xe đầu tiên sẵn sàng chạy khi đạp ga. Bên cạnh đó họ cũng đã có rất nhiều thay đổi về ý tưởng. Thực tế, nó là một mẫu đã đáp ứng 9 được hầu hết các yêu cầu của xe được xây dựng vào những năm 90 và cả những năm sau đó. Không giống như mẫu xe hiện thời, thiết kế mới có động cơ đặt dọc phía trước, truyền công suất ra cầu sau thông qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp và cầu chuyển động bằng xích.
Nó gần giống như hệ thống truyền lực trên các xe hiện đại, nhưng chưa có vi sai và bán trục chủ động. Vào năm 1898, Louis Renault kết nối công suất thành công từ động cơ đặt dọc, qua hộp số tới cầu sau “sống” bằng trục kim loại. Cầu sau “sống” hay còn gọi là vi sai cầu sau. Vì đã khắc phục vấn đề mòn lốp, nên phát minh này được hầu hết các nhà sản xuất ôtô áp dụng.
Vi sai bao gồm một cụm bánh răng răng khớp làm nhiệm vụ phân chia công suất cho hai bánh của cầu sau. Nó cho phép bánh phía ngoài quay nhanh hơn bánh trong khi xe quay vòng. Năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard-Levassor đã được hiện thực hóa bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô. Dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác thì chúng vẫn còn được sử dụng cho đến thời gian gần đây và đã có những cải tiến, thay đổi quan trọng nhất là trang bị bộ đồng tốc cho phép quá trình ăn khớp giữa cách bánh răng diễn ra một cách dễ dàng, không phát sinh va đập.
Khoảng thời gian kể từ khi hộp số sàn xuất hiện cho đến thời điểm phát minh ra bộ đồng tốc, có một phát minh khác cũng nhằm đơn giản quá trình sang số. Đó chính là hộp số có cấu tạo từ bộ truyền bánh răng hành tinh, xuất hiện lần đầu tiên trên mẫu Ford Model T 1908. Ngày nay, bộ truyền hành tinh được sử dụng trên hộp số tự động là chủ yếu. Kể từ khi hộp số Panhard-Levassor ra đời, tất cả các phát minh hay cải tiến khác đều nhằm mục đích làm cho quá trình sang số dễ dàng hơn.
Tất nhiên dễ nhất là quá trình chuyển số được thực hiện một cách tự động. Sturtevant, giới thiệu hộp số tự động đầu tiên vào năm 1904. Quả văng ly tâm điều khiển sự ăn khớp của các bánh răng theo tốc độ. Quá trình sang số không cần đến sự đóng mở của ly hợp.
Tuy nhiên bộ truyền này gặp lỗi, trọng lượng thường lệch bề một bên. Reo đã có một sự cố gắng đầy ý nghĩa vào năm 1934 khi cho ra đời hộp số Reo Self-Shifter gồm hai bộ truyền mắc nối tiếp. Bộ truyền thứ nhất tự động chuyển số bằng cách điều khiển quá trình đóng mở ly hợp ma sát nhiều đĩa theo tốc độ xe. 10 Bộ truyền thứ 2 được điều khiển bằng tay nhưng chỉ sử dụng khi động cơ cần tỷ số truyền thấp.
Năm 1937, Oldsmobile tung ra hộp số bán tự động 4 cấp được gọi là “ hộp số an toàn tự động”. Tài xế không cần sử dụng tới bàn đạp ly hợp và cần số khi xe chuyển từ số 1 sang số 2 hoặc từ 3 lên 4. Áp suất dầu điều khiển bộ truyền hành tinh. Điểm sang số được thiết lập sẵn theo tốc độ động cơ.000 chiếc Oldsmobile 1938 trang bị hộp số này.
Khía cạnh an toàn mà các nhà sản xuất đưa ra ở đây: lái xe có thể tập trung trên đường nhiều hơn vì không cần thao tác chuyển số. Trên cơ sở đó hộp số GM Hydra-Matic xuất hiện vào năm 1939. Hydra-Matic gồm 3 bộ truyền bánh răng hành tinh, điều khiển thủy lực. Bộ kết nối thủy lực làm nhiệm vụ truyền công suất từ động cơ sang hộp số thay cho ly hợp.
Tuy đây không phải hộp số tự động, nhưng nó là hộp số tiêu chuẩn cùng kết nối thủy lực, không có ly hợp. Ý tưởng đã có từ lâu, nhưng đến năm 1948 hộp số tự động hoàn toàn mới xuất hiện, sử dụng biến mô thủy lực và bộ truyền bánh răng hành tinh như ngày nay. Chiếc Buick Roadmaster vinh dự là mẫu xe đầu tiên trang bị Dynaflow, một trong những mẫu hộp số tự động hiện đại. Các nhà nghiên cứu về ô tô cho rằng phát triển cuối cùng có lẽ là hộp số tự động vô cấp kiểu CVT.
Một điều thú vị là sau hơn 100 năm phát triển, người ta lại quay trở về với bộ truyền động đai. Giới thiệu về hệ thống truyền lực nói chung HTTL bao gồm các cụm nối giữa động cơ và bánh xe chủ động. Hệ thống truyền lực của ô tô có tác dụng truyền chuyển động (tốc độ góc, lực hoặc mô men xoắn) từ động cơ đến các bánh xe chủ động. Trị số của lực hay mô men xoắn này có thể thay đổi, tùy theo điều kiện làm việc của ôtô đảm bảo thay đổi lực kéo và tốc độ của xe trong dải rộng.
Có rất nhiều loại HTTL khác nhau, đối với các xe ô tô hiện nay thường sử dụng hai loại chính là HTTL cơ khí có cấp và HTTL vô cấp. 11 HTTL cơ khí có cấp thông thường bao gồm: Li hợp, hộp số chính, hộp phân phối, cầu chủ động, trục các đăng, bánh xe. Còn HTTL vô cấp thường bao gồm các cụm chính là: Bộ biến mô men, hộp số vô cấp và có thể có ly hợp Hình 1. Hệ thống truyền lực trên ô tô Công dụng chính của hệ thống truyền lực là: - Truyền và biến đổi mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mô men cản sinh ra trong quá trình ô tô chuyển động.
- Cắt dòng công suất trong thời gian ngắn hoặc dài. - Thực hiện đổi chiều chuyển động giúp ô tô chuyển động lùi. - Tạo khả năng chuyển động êm dịu và thay đổi tốc độ cần thiết trên đường. Ly hợp Ly hợp được đặt giữa động cơ và hộp số.
Có nhiệm vụ đóng và ngắt công suất từ động cơ đến hệ thống truyền lực. Cắt truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực nhanh và dứt khoát trong những trường hợp cần thiết như khi chuyển số một cách êm dịu. Nó cũng cho phép động cơ hoạt động khi xe dừng và không cần chuyển hộp số về số trung gian. 12 Công dụng chính của li hợp: - Nối động cơ với hệ thống truyền lực một cách êm dịu và ngắt truyền động đến hộp số một cách nhanh chóng, dứt khoát trong những trường hợp cần thiết (khi chuyển số, khi phanh).
- Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ.