NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA
BIẾN MÔ THỦY LỰC
I ) Biến mô thủy lực (dành cho hộp số tự động )
Nếu bạn từng tìm hiểu về hộp số thường, bạn biết rằng một động cơ được nối với một số bằng một ly hợp. Nếu không có kết nối này, chiếc xe sẽ không thể hoàn toàn dừng lại mà không phá hỏng động cơ. Tuy nhiên với xe trang bị hộp số tự động, không có li hợp để ngắt động cơ và hộp số. Thay vào đó, người ta sử dụng một thiết bị gọi là biến mô thủy lực.Ở bài này, chúng ta sẽ tìm hiểu tại sao một hộp số tự động cần một biến mô, hoạt động và những tiện lợi của một biến mô thủy lực.
1) NHIỆM VỤ
Bộ biến mô vừa truyền vừa khuyếch đại mô men từ động cơ vào hộp số (Bộ truyền bánh răng hành tinh) bằng việc sử dụng dầu hộp số tự động (ATF) như một môi chất.
2) CẤU TẠO
Bộ biến mô gồm bánh bơm, bánh tuabin, khớp một chiều, stato và vỏ biến mô chứa tất cả các bộ phận đó. Bộ biến mô được điền đầy ATF do bơm dầu cung cấp. Động cơ quay và bánh bơm quay, và dầu bị đẩy ra từ bánh bơm thành một dòng mạnh làm quay bánh tua bin.
a) Bánh bơm :được bố trí nằm trong vỏ bộ biến mô và nối với trục khuỷu qua đĩa dẫn động. Nhiều cánh hình cong được lắp bên trong bánh bơm. Một vòng dẫn hướng được lắp trên mép trong của các cánh để đường dẫn dòng dầu được êm.
Rất nhiều cánh được lắp lên bánh tuabin giống như trường hợp bánh bơm. Hướng cong của các cánh này ngược chiều với hướng cong của cánh của bánh bơm. Bánh tua bin được lắp trên trục sơ cấp của hộp số sao cho các cánh bên trong nó nằm đối diện với các cánh của bánh bơm với một khe hở rất nhỏ ở giữa.
b) Stato : nằm giữa bánh bơm và bánh tua bin. Qua khớp một chiều nó được lắp trên trục stato và trục này được cố định trên vỏ hộp số. Dòng dầu trở về từ bánh tua bin vào bánh bơm theo hướng cản sự quay của bánh bơm. Do đó, stato đổi chiều của dòng dầu sao cho nó tác động lên phía sau của các cánh trên bánh bơm và bổ sung thêm lực đẩy cho bánh bơm do đó làm tăng mômen. Khớp một chiều cho phép Stato quay theo chiều quay của trục khuỷu động cơ. Tuy nhiên nếu Stato định bắt đầu quay theo chiều ngược lại thì khớp một chiều sẽ khoá stato để ngăn không cho nó quay.
Khi tốc độ của bánh bơm tăng thì lực li tâm làm cho dầu bắt đầu chảy từ tâm bánh bơm ra phía ngoài. Khi tốc độ bánh bơm tăng lên nữa thì dầu sẽ bị ép văng ra khỏi bánh bơm. Dầu va vào cánh của bánh tua bin làm cho bánh tua bin bắt đầu quay cùng chiều với bánh bơm. Dầu chảy vào trong dọc theo các cánh của bánh tua bin. Khi nó chui được vào bên trong bánh tua bin thì mặt cong trong của cánh sẽ đổi hướng dầu ngược lại về phía bánh bơm, và chu kỳ lại bắt đầu từ đầu. Việc truyền mô men được thực hiện nhờ sự tuần hoàn dầu qua bánh bơm và bánh tua bin.
Việc khuyếch đại mômen do bộ biến mô thực hiện bằng cách dẫn dầu khi nó vẫn còn năng lượng sau khi đã đi qua bánh tua bin trở về bánh bơm qua cánh của Stato. Nói cách khác, bánh bơm được quay do mô men từ động cơ mà mô men này lại được bổ sung dầu quay về từ bánh tua bin. Có thể nói rằng bánh bơm khuyếch đại mô men ban đầu để dẫn động bánh tua bin.
Dưới đây là mô tả chung về hoạt động của bộ biến mô khi cần số được chuyển vào “D”, "2", "L" hoặc "R".
Khi động cơ chạy không tải thì mômen do động cơ sinh ra là nhỏ nhất. Nếu gài phanh (phanh tay và/hoặc phanh chân) thì tải trên bánh tuabin rất lớn vì nó không thể quay được. Tuy nhiên, do xe bị dừng nên tỷ số truyền tốc độ của bánh tuabin so với cánh bơm bằng không trong khi tỷ số truyền mô men ở trị số lớn nhất. Do đó, bánh tua bin luôn sẵn sàng để quay với một mômen lớn hơn mô men do động cơ sinh ra.
Khi nhả các phanh thì bánh tuabin có thể quay cùng với trục sơ cấp của hộp số. Do đó, bánh tuabin quay với một mômen lớn hơn mô men do động cơ sinh ra khi đạp bàn đạp ga. Như vậy xe bắt đầu chuyển động.
Khi tốc độ xe tăng lên, thì tốc độ quay của bánh tua bin sẽ nhanh chóng tiến gần tới tốc độ quay của bánh bơm. Vì vậy, tỷ số truyền mômen nhanh chóng tiến gần tới 1.0. Khi tỷ số truyền tốc độ giữa bánh tua-bin và bánh bơm đạt tới điểm li hợp thì stato bắt đầu quay. và sự khuyếch đại mô men giảm xuống. Nói cách khác, bộ biến mô bắt đầu hoạt động như một khớp nối thuỷ lực. Do đó, tốc độ xe tăng gần như theo tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ.
Bộ biến mô chỉ hoạt động như một khớp nối thuỷ lực. Bánh tua bin quay ở tốc độ gần đúng tốc độ của bánh bơm.
c) Cơ cấu li hợp khoá biến mô :
c.1) NHIỆM VỤ : truyền công suất động cơ tới hộp số tự động một cách trực tiếp và cơ học. Do bộ biến mô sử dụng dòng thuỷ lực để gián tiếp truyền công suất nên có sự tổn hao công suất. Vì vậy, li hợp được lắp trong bộ biến mô để nối trực tiếp động cơ với hộp số để giảm tổn thất công suất. Khi xe đạt được một tốc độ nhất định, thì cơ cấu li hợp khoá biến mô được sử dụng để nâng cao hiệu quả sử dụng công suất và nhiên liệu.
C.2) CẤU TẠO : Li hợp khoá biến mô được lắp trong moayơ của bánh tuabin, phía trước bánh tuabin. Lò xo giảm chấn sẽ hấp thụ lực xoắn khi ăn khớp li hợp để ngăn không cho sinh ra va đập. Một vật liệu ma sát (cùng dạng vật liệu sử dụng trong các phanh và đĩa li hợp) được gắn lên vỏ biến mô hoặc píttông khoá của bộ biến mô để ngăn sự trượt ở thời điểm ăn khớp li hợp.
Khi li hợp khoá biến mô được kích hoạt thì nó sẽ quay cùng với bánh bơm và bánh tua-bin. Việc ăn khớp và nhả li hợp khoá biến mô được xác định từ những thay đổi về hướng của dòng thuỷ lực trong bộ biến mô khi xe đạt được một tốc độ nhất định. Khi xe chạy ở tốc độ thấp thì dầu bị nén (áp suất của bộ biến mô) sẽ chảy vào phía trước của li hợp khoá biến mô. Do đó, áp suất trên mặt trước và mặt sau của li hợp khoá biến mô trở nên cân bằng và do đó li hợp khoá biến mô được được nhả khớp. Khi xe chạy ổn định ở tốc độ trung bình hoặc cao (thường trên 60 km/h) thì dầu bị nén sẽ chảy vào phía sau của li hợp khoá biến mô. Do đó, vỏ bộ biến mô và li hợp khoá biến mô sẽ trực tiếp nối với nhau. Do đó, li hợp khoá biến và vỏ bộ biến mô sẽ quay cùng nhau (ví dụ, li hợp khoá biến được đã được ăn khớp).
II ) BIẾN MÔ –TORQUE CONVERTER
Biến mô nằm ở giữa động cơ và hộp số có chức năng truyền lực từ động cơ sang hộp số. Biến mô không truyền lực trực tiếp qua các cơ cấu cơ khí mà bằng dầu thủy lực. Hay nói cách khác, biến mô dùng để nối “mềm” và truyền công suất từ trục chủ động sang trục bị động nhờ chất lỏng có biến đổi mômen và thay đổi số vòng quay của trục bị động so với trục chủ động.
Vậy Biến mô truyền lực từ động cơ sang hộp số như thế nào?
Biến mô là bộ phận ứng dụng nguyên lý khớp ly hợp thủy lực. Nói một cách đơn giản, nguyên lý này tương tự như là đặt đối mặt hai cánh quạt lại với nhau. Nếu ta bật công tắc một chiếc quạt, thì chiếc còn lại cũng quay theo. Để có được điều đó là do không khí đã truyền lực từ chiếc quạt này sang chiếc quạt khác.
Với phương pháp tương tự như vậy, trong cái hộp được đóng kín, thay cho không khí, người ta cho chất lỏng (dầu) vào bên trong, và thông qua dầu lực được truyền dẫn nhờ vào tính truyền dẫn của khớp ly hợp thủy lực. Trong biến mô, người ta đặt hai bánh cánh đối mặt với nhau trong một hộp chứa đầy dầu.
Các bộ phận cấu thành trong Biến mô:
Các bộ phận chính cấu thành nên biến mô là: Cánh bơm, tuabin, stato và vỏ biến mô. Vỏ biến mô là bộ phận bao lấy biến mô, dầu sẽ được chứa và tuần hoàn trong đó. Tại vỏ biến mô có một ống lót cam gắn với bánh đà động cơ, giúp cho biến mô chuyển động cùng với động cơ.
Cánh bơm nối với vỏ biến mô bằng vít, nên vỏ biến mô sẽ hoạt động cùng với động cơ. Thông qua sự chuyển động của cánh bơm, dầu sẽ được đẩy vào tuabin. Tuabin sẽ chuyển động nhờ vào lực chảy của dầu khi nó chảy từ cánh bơm tới. Tuabin được nối với trục đầu ra và truyền lực tới hộp số. Stato nằm giữa cánh bơm và tuabin có chức năng chuyển hướng dòng chảy của dầu. Stato được nối với khung dẫn bằng chốt cam và không quay.
Vậy chức năng chính của biến mô là gì?
Biến mô là biến đổi mô men. Biến mô có chức năng làm tăng momen lên nhiều lần. Khi xe chịu tải, bên trong biến mô lực mômen do đầu trục ra (tuabin) lớn hơn lực truyền từ cánh bơm do bánh stato sản sinh lực mômen phản hồi lớn.
Dòng dầu chảy trong biến mô như thế nào?
Dầu sẽ chảy qua đường dẫn dầu của khung dẫn, sau đó chảy qua cánh bơm của biến mô. Do cánh bơm và động cơ làm việc cùng nhau, nên dầu chảy vào cánh bơm sẽ bị đẩy ra ngoài nhờ lực ly tâm. Sau khi chảy từ cánh bơm ra, dầu sẽ chảy sang tuabin và tuabin quay.
Do tuabin có một cam gắn với trục truyền lực, nên khi tuabin chuyển động, bộ phận này cũng chuyển động theo và truyền lực sang hộp số. Dầu chảy từ tuabin sẽ bị đổi dòng chảy ở bánh stato đang đứng yên rồi quay trở lại bánh bơm và tiếp tục tuần hoàn.
Nếu stato quay tự do (không cố định với vỏ) thì mômen quay của trục dẫn truyền cho trục bị dẫn không thay đổi nghĩa là biến mô làm việc như khớp nối thủy lực. Hay nói cách khác, Biến mô làm việc tương tự khớp nối thủy lực, chỉ khác có thêm bánh phản ứng làm biến đổi mômen của trục dẫn hoặc thay đổi hướng và vận tốc của dòng chất lỏng
BIẾN MÔ THỦY LỰC
I ) Biến mô thủy lực (dành cho hộp số tự động )
Nếu bạn từng tìm hiểu về hộp số thường, bạn biết rằng một động cơ được nối với một số bằng một ly hợp. Nếu không có kết nối này, chiếc xe sẽ không thể hoàn toàn dừng lại mà không phá hỏng động cơ. Tuy nhiên với xe trang bị hộp số tự động, không có li hợp để ngắt động cơ và hộp số. Thay vào đó, người ta sử dụng một thiết bị gọi là biến mô thủy lực.Ở bài này, chúng ta sẽ tìm hiểu tại sao một hộp số tự động cần một biến mô, hoạt động và những tiện lợi của một biến mô thủy lực.
1) NHIỆM VỤ
Bộ biến mô vừa truyền vừa khuyếch đại mô men từ động cơ vào hộp số (Bộ truyền bánh răng hành tinh) bằng việc sử dụng dầu hộp số tự động (ATF) như một môi chất.
2) CẤU TẠO
Bộ biến mô gồm bánh bơm, bánh tuabin, khớp một chiều, stato và vỏ biến mô chứa tất cả các bộ phận đó. Bộ biến mô được điền đầy ATF do bơm dầu cung cấp. Động cơ quay và bánh bơm quay, và dầu bị đẩy ra từ bánh bơm thành một dòng mạnh làm quay bánh tua bin.
a) Bánh bơm :được bố trí nằm trong vỏ bộ biến mô và nối với trục khuỷu qua đĩa dẫn động. Nhiều cánh hình cong được lắp bên trong bánh bơm. Một vòng dẫn hướng được lắp trên mép trong của các cánh để đường dẫn dòng dầu được êm.
Rất nhiều cánh được lắp lên bánh tuabin giống như trường hợp bánh bơm. Hướng cong của các cánh này ngược chiều với hướng cong của cánh của bánh bơm. Bánh tua bin được lắp trên trục sơ cấp của hộp số sao cho các cánh bên trong nó nằm đối diện với các cánh của bánh bơm với một khe hở rất nhỏ ở giữa.
b) Stato : nằm giữa bánh bơm và bánh tua bin. Qua khớp một chiều nó được lắp trên trục stato và trục này được cố định trên vỏ hộp số. Dòng dầu trở về từ bánh tua bin vào bánh bơm theo hướng cản sự quay của bánh bơm. Do đó, stato đổi chiều của dòng dầu sao cho nó tác động lên phía sau của các cánh trên bánh bơm và bổ sung thêm lực đẩy cho bánh bơm do đó làm tăng mômen. Khớp một chiều cho phép Stato quay theo chiều quay của trục khuỷu động cơ. Tuy nhiên nếu Stato định bắt đầu quay theo chiều ngược lại thì khớp một chiều sẽ khoá stato để ngăn không cho nó quay.
Khi tốc độ của bánh bơm tăng thì lực li tâm làm cho dầu bắt đầu chảy từ tâm bánh bơm ra phía ngoài. Khi tốc độ bánh bơm tăng lên nữa thì dầu sẽ bị ép văng ra khỏi bánh bơm. Dầu va vào cánh của bánh tua bin làm cho bánh tua bin bắt đầu quay cùng chiều với bánh bơm. Dầu chảy vào trong dọc theo các cánh của bánh tua bin. Khi nó chui được vào bên trong bánh tua bin thì mặt cong trong của cánh sẽ đổi hướng dầu ngược lại về phía bánh bơm, và chu kỳ lại bắt đầu từ đầu. Việc truyền mô men được thực hiện nhờ sự tuần hoàn dầu qua bánh bơm và bánh tua bin.
Việc khuyếch đại mômen do bộ biến mô thực hiện bằng cách dẫn dầu khi nó vẫn còn năng lượng sau khi đã đi qua bánh tua bin trở về bánh bơm qua cánh của Stato. Nói cách khác, bánh bơm được quay do mô men từ động cơ mà mô men này lại được bổ sung dầu quay về từ bánh tua bin. Có thể nói rằng bánh bơm khuyếch đại mô men ban đầu để dẫn động bánh tua bin.
Dưới đây là mô tả chung về hoạt động của bộ biến mô khi cần số được chuyển vào “D”, "2", "L" hoặc "R".
Khi động cơ chạy không tải thì mômen do động cơ sinh ra là nhỏ nhất. Nếu gài phanh (phanh tay và/hoặc phanh chân) thì tải trên bánh tuabin rất lớn vì nó không thể quay được. Tuy nhiên, do xe bị dừng nên tỷ số truyền tốc độ của bánh tuabin so với cánh bơm bằng không trong khi tỷ số truyền mô men ở trị số lớn nhất. Do đó, bánh tua bin luôn sẵn sàng để quay với một mômen lớn hơn mô men do động cơ sinh ra.
Khi nhả các phanh thì bánh tuabin có thể quay cùng với trục sơ cấp của hộp số. Do đó, bánh tuabin quay với một mômen lớn hơn mô men do động cơ sinh ra khi đạp bàn đạp ga. Như vậy xe bắt đầu chuyển động.
Khi tốc độ xe tăng lên, thì tốc độ quay của bánh tua bin sẽ nhanh chóng tiến gần tới tốc độ quay của bánh bơm. Vì vậy, tỷ số truyền mômen nhanh chóng tiến gần tới 1.0. Khi tỷ số truyền tốc độ giữa bánh tua-bin và bánh bơm đạt tới điểm li hợp thì stato bắt đầu quay. và sự khuyếch đại mô men giảm xuống. Nói cách khác, bộ biến mô bắt đầu hoạt động như một khớp nối thuỷ lực. Do đó, tốc độ xe tăng gần như theo tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ.
Bộ biến mô chỉ hoạt động như một khớp nối thuỷ lực. Bánh tua bin quay ở tốc độ gần đúng tốc độ của bánh bơm.
c) Cơ cấu li hợp khoá biến mô :
c.1) NHIỆM VỤ : truyền công suất động cơ tới hộp số tự động một cách trực tiếp và cơ học. Do bộ biến mô sử dụng dòng thuỷ lực để gián tiếp truyền công suất nên có sự tổn hao công suất. Vì vậy, li hợp được lắp trong bộ biến mô để nối trực tiếp động cơ với hộp số để giảm tổn thất công suất. Khi xe đạt được một tốc độ nhất định, thì cơ cấu li hợp khoá biến mô được sử dụng để nâng cao hiệu quả sử dụng công suất và nhiên liệu.
C.2) CẤU TẠO : Li hợp khoá biến mô được lắp trong moayơ của bánh tuabin, phía trước bánh tuabin. Lò xo giảm chấn sẽ hấp thụ lực xoắn khi ăn khớp li hợp để ngăn không cho sinh ra va đập. Một vật liệu ma sát (cùng dạng vật liệu sử dụng trong các phanh và đĩa li hợp) được gắn lên vỏ biến mô hoặc píttông khoá của bộ biến mô để ngăn sự trượt ở thời điểm ăn khớp li hợp.
Khi li hợp khoá biến mô được kích hoạt thì nó sẽ quay cùng với bánh bơm và bánh tua-bin. Việc ăn khớp và nhả li hợp khoá biến mô được xác định từ những thay đổi về hướng của dòng thuỷ lực trong bộ biến mô khi xe đạt được một tốc độ nhất định. Khi xe chạy ở tốc độ thấp thì dầu bị nén (áp suất của bộ biến mô) sẽ chảy vào phía trước của li hợp khoá biến mô. Do đó, áp suất trên mặt trước và mặt sau của li hợp khoá biến mô trở nên cân bằng và do đó li hợp khoá biến mô được được nhả khớp. Khi xe chạy ổn định ở tốc độ trung bình hoặc cao (thường trên 60 km/h) thì dầu bị nén sẽ chảy vào phía sau của li hợp khoá biến mô. Do đó, vỏ bộ biến mô và li hợp khoá biến mô sẽ trực tiếp nối với nhau. Do đó, li hợp khoá biến và vỏ bộ biến mô sẽ quay cùng nhau (ví dụ, li hợp khoá biến được đã được ăn khớp).
II ) BIẾN MÔ –TORQUE CONVERTER
Biến mô nằm ở giữa động cơ và hộp số có chức năng truyền lực từ động cơ sang hộp số. Biến mô không truyền lực trực tiếp qua các cơ cấu cơ khí mà bằng dầu thủy lực. Hay nói cách khác, biến mô dùng để nối “mềm” và truyền công suất từ trục chủ động sang trục bị động nhờ chất lỏng có biến đổi mômen và thay đổi số vòng quay của trục bị động so với trục chủ động.
Vậy Biến mô truyền lực từ động cơ sang hộp số như thế nào?
Biến mô là bộ phận ứng dụng nguyên lý khớp ly hợp thủy lực. Nói một cách đơn giản, nguyên lý này tương tự như là đặt đối mặt hai cánh quạt lại với nhau. Nếu ta bật công tắc một chiếc quạt, thì chiếc còn lại cũng quay theo. Để có được điều đó là do không khí đã truyền lực từ chiếc quạt này sang chiếc quạt khác.
Với phương pháp tương tự như vậy, trong cái hộp được đóng kín, thay cho không khí, người ta cho chất lỏng (dầu) vào bên trong, và thông qua dầu lực được truyền dẫn nhờ vào tính truyền dẫn của khớp ly hợp thủy lực. Trong biến mô, người ta đặt hai bánh cánh đối mặt với nhau trong một hộp chứa đầy dầu.
Các bộ phận cấu thành trong Biến mô:
Các bộ phận chính cấu thành nên biến mô là: Cánh bơm, tuabin, stato và vỏ biến mô. Vỏ biến mô là bộ phận bao lấy biến mô, dầu sẽ được chứa và tuần hoàn trong đó. Tại vỏ biến mô có một ống lót cam gắn với bánh đà động cơ, giúp cho biến mô chuyển động cùng với động cơ.
Cánh bơm nối với vỏ biến mô bằng vít, nên vỏ biến mô sẽ hoạt động cùng với động cơ. Thông qua sự chuyển động của cánh bơm, dầu sẽ được đẩy vào tuabin. Tuabin sẽ chuyển động nhờ vào lực chảy của dầu khi nó chảy từ cánh bơm tới. Tuabin được nối với trục đầu ra và truyền lực tới hộp số. Stato nằm giữa cánh bơm và tuabin có chức năng chuyển hướng dòng chảy của dầu. Stato được nối với khung dẫn bằng chốt cam và không quay.
Vậy chức năng chính của biến mô là gì?
Biến mô là biến đổi mô men. Biến mô có chức năng làm tăng momen lên nhiều lần. Khi xe chịu tải, bên trong biến mô lực mômen do đầu trục ra (tuabin) lớn hơn lực truyền từ cánh bơm do bánh stato sản sinh lực mômen phản hồi lớn.
Dòng dầu chảy trong biến mô như thế nào?
Dầu sẽ chảy qua đường dẫn dầu của khung dẫn, sau đó chảy qua cánh bơm của biến mô. Do cánh bơm và động cơ làm việc cùng nhau, nên dầu chảy vào cánh bơm sẽ bị đẩy ra ngoài nhờ lực ly tâm. Sau khi chảy từ cánh bơm ra, dầu sẽ chảy sang tuabin và tuabin quay.
Do tuabin có một cam gắn với trục truyền lực, nên khi tuabin chuyển động, bộ phận này cũng chuyển động theo và truyền lực sang hộp số. Dầu chảy từ tuabin sẽ bị đổi dòng chảy ở bánh stato đang đứng yên rồi quay trở lại bánh bơm và tiếp tục tuần hoàn.
Nếu stato quay tự do (không cố định với vỏ) thì mômen quay của trục dẫn truyền cho trục bị dẫn không thay đổi nghĩa là biến mô làm việc như khớp nối thủy lực. Hay nói cách khác, Biến mô làm việc tương tự khớp nối thủy lực, chỉ khác có thêm bánh phản ứng làm biến đổi mômen của trục dẫn hoặc thay đổi hướng và vận tốc của dòng chất lỏng
