NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỘP SỐ LY HỢP KÉP
Thiết kế hộp số tay giúp người lái thay đổi lực kéo và
số vòng quay của bánh xe chủ động để phù hợp với lực cản của đường và vận tốc
theo nhu cầu sử dụng. Tuy nhiên ngoài chức năng trên, xe hơi hiện đại còn đòi hỏi
hơn nữa độ êm dịu khi chuyển số và sự nhàn nhã khi điều khiển xe. Vì thế, lần
lượt những hộp số tự động 4, 5, 6 hay 10 cấp ra đời. Trong khi hộp số tay có
nhược điểm là không tạo được cảm giác êm dịu mỗi khi chuyển số thì hộp số tự
động có kết cấu phức tạp và làm gia tăng lượng tiêu thụ nhiên liệu. Nhưng, có
một loại hộp số vừa có thế loại bỏ được nhược điểm của cả hai loại trên, đó là
hộp số- ly hợp kép (DTC) hay còn gọi là hộp số bán tự động.
Sơ lược lịch sử
Người đã sáng tạo ra hệ thống ly hợp kép là một kỹ sư ô tô trẻ tuổi,
Adolphe Kegresse được biết đến nhiều nhất trong vai trò người đã phát triển
loại xe half-track (với bánh lốp đằng trước và bánh xích phía sau), giúp chiếc
xe có thể vượt qua nhiều loại địa hình phức tạp khác nhau. Năm 1939, Kegresse
đã thai nghén ý tưởng về hệ thống hộp số trang bị ly hợp kép với hy vọng sử
dụng nó trong chiếc xe huyền thoại, Citroen “Traction”. Thật không may, tình
hình tài chính bất lợi đã ngăn cản kế hoạch phát triển xa hơn của dự án này.
Cả Porsche và Audi phát triển những ý tưởng về hệ thống ly hợp kép, mặc dù
nó chỉ được sử dụng trên những phiên bản xe đua hạn chế. Những chiếc 956 và 962
phiên bản xe đua đã được lắp đặt hệ thống Porsche Dual Klutch (hệ thống ly hợp
kép Porsche).
Năm 1986, chiếc 962 đã chiến thắng giải đua Monza 1000km dành cho
xe prototype (Monza 1000km World Sports Prototype Championship), chiến thắng
đầu tiên dành cho chiếc xe được trang bị hệ thống PDK cùng hộp số bán tự động
với nút bấm chuyển số.
Audi cũng làm nên lịch sử năm 1985 khi chiếc Sport
Quatro S1 Rally được trang bị hộp số với ly hợp kép, đã chiến thắng đỉnh Pikes
Peak trong một cuộc đua lên đỉnh ngọn núi cao đến 4300m.
Tuy nhiên, việc sản xuất thương mại hộp số với ly hợp kép không được tiến
hành cho đến hiện nay, khi VW là người tiên phong trong việc sản xuất đại trà
hộp số với ly hợp kép dưới sự cho phép của công ty BorgWarners’ DualTronic.
Hiện nay, những chiếc xe được trang bị công nghệ DTCs chỉ có bán tại châu Âu
bao gồm: Beatle, Golf, Touran và Jetta của Volkswagen; TT và A3 của Audi;
Altea, Toledo, Leon của Seat và Skoda Octavia.
Ford là đại gia thứ hai ứng dụng sản xuất công nghệ ly hợp kép, với sự liên
kết của Ford Châu Âu và nhà sản xuất mà Ford góp 50% vốn trong liên doanh
GETRAG - Ford.
Đây chính là hệ thống mà Ford gọi là Powershift System, một hộp số
sáu tốc độ với hệ thống ly hợp kép xuất hiện lần đầu tại triển lãm Ôtô Quốc tế
Frankfurt 2005. Với sự trưởng thành như thế, các chuyên ra đã đặt ra câu: liệu
trong tương lai, DCT sẽ loại bỏ hộp số kiểu CVT không?
DCT: đối thủ trực tiếp của CVT
Có thể nói DCT chính là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với hộp số CVT. Cả hai
đều giúp xe tiết kiệm nhiên liệu và giảm chi phí sản xuất hơn so với hộp số tự
động truyền thống. Tuy nhiên, khi so sánh về chức năng và kết cấu, CVT lại lộ
rõ những hạn chế. Mà cụ thể là CVT sử dụng đai để truyền mô-men và tạo ra các
cấp số, vì thế trong quá trình hoạt động sẽ xảy ra sự trượt đai gây tổn thất
đáng kể đến hiệu suất truyền lực trong khi đó hộp số ly hợp kép vẫn sử dụng các
bánh răng xoắn như hộp số tay để thay đổi tỉ số truyền và mô-men. Với cấu tạo
đó, DCT kết hợp được ưu điểm của cả hai hộp số hiện rất phổ biến trên nhiều
dòng xe: hộp số tự động và hộp số tay.
Cấu tạo và cải tiến mới
- Tuy gọi là hộp số ly hợp kép nhưng DCT lại không có bàn đạp ly hợp để
người lái sử dụng mỗi khi chuyển số. Bộ đôi ly hợp ở đây thuộc loại ly hợp ma
sát ướt, nghĩa là các đĩa ma sát được ngâm trong dầu và sự tách, nối của nó
được điều khiển bằng cơ cấu chấp hành: thuỷ lực-điện từ. Hai ly hợp này hoạt
động hoàn toàn độc lập với nhau, một điều khiển các bánh răng cấp số lẻ (1, 3,
5 và bánh răng gài số lùi), trong khi ly hợp còn lại có nhiệm vụ điều khiển
bánh răng gài số chẵn (2, 4 và số lùi). Với kết cấu như vậy, khi quá trình tăng
số (1 - 2 - 3…) hoặc giảm số (5 - 4) xảy ra sẽ không bị mất mát công suất. Đồng
thời, việc gài các số truyền thực hiện một cách tự động tuỳ thuộc vào chế độ
hoạt động của động cơ và sức cản của mặt đường (nếu người lái chọn chế độ tự
động hoàn toàn). Vì vậy nó luôn đảm bảo được lực kéo phù hợp với sức cản chuyển
động, bảo đảm được chất lược động lực học và tính kinh tế nhiên liệu của ô tô.
- Kết cấu của bộ ly hợp ma sát ướt: Giống như biến mô thuỷ lực, bộ ly hợp
ma sát ướt sử dụng áp suất dầu để điều khiển các bánh răng. Và sự nối ngắt của
ly hợp thông qua các pittông và lò xo hồi vị. Điều khiển ly hợp này bằng cơ cấu
điện từ và thuỷ lực, giống như quá trình điều khiển của hộp số tự động.
- Kết cấu đặc biệt của DCT chính là hệ trục trung tâm gồm hai trục lồng
nhau có đường tâm đồng trục. Trục thứ nhất (màu đỏ): một đầu (bên trái) liên
kết với ly hợp thứ nhất (màu đỏ) bằng then hoa, trên thân trục bao gồm 3 bánh
răng có kích thước khác nhau ăn khớp với các bánh răng trên trục thứ cấp thứ
nhất tạo ra các cấp số: 1, 3, 5. Trục còn lại (màu xanh), một đầu lắp với ly hợp
thứ 2 (màu xanh), trên thân trục gồm 2 bánh răng ăn khớp với 2 bánh răng trên
trục thứ cấp thứ hai tạo ra 2 cấp số 2, 4 và thêm một số lùi.
- Cấu tạo đặc biệt của hệ trục trung tâm và bộ đôi ly hợp cho phép quá
trình chuyển số nhanh hơn và êm hơn hộp số tay truyền thống? Tại sao vậy? Chúng
ta hãy cùng hình dung lại thao tác sang số của hộp số tay: Khi người điều khiển
muốn chuyển số, đầu tiên cần phải giảm ga sau đó tác động vào bàn đạp ly hợp để
ngắt ly hợp, do vậy mô-men động cơ không truyền tới trục sơ cấp của hộp số và
người lái thực hiện việc chuyển số. Tiếp theo sau, người lái nhả bàn đạp và ly
hợp được nối lại đồng thời công suất động cơ truyền tới hộp số. Mô men được
phân bố theo trạng thái: ON-OFF-ON trong suốt quá trình chuyển số.
Như vậy, độ êm dịu của xe khi sang số phụ thuộc rất nhiều vào kĩ năng của
người điều khiển. Khoảng thời gian OFF càng bé thì xe bớt bị rung, giật đồng
thời không bị tổn hao công suất máy. Tuy nhiên, DSG hoàn toàn có thể khắc phục
được yếu điểm trên của hộp số tay nhờ vào sự hoạt động độc lập của hai ly hợp.
Quá trình chuyển số như sau: Giả sử ở thời điêm hiện tại, xe đang di chuyển ở
số 2, lúc này ly hợp 2 đóng (màu xanh), ly hợp 1 mở, khi đó dòng công suất được
từ động cơ qua ly hợp 2, qua trục và bộ đồng tốc tới trục sơ cấp và tới bộ vi
sai (xem hình vẽ). Xe tiếp tục gia tăng tốc độ, máy tính sẽ tìm kiếm vị trí số
kế tiếp, và bánh răng số 3 được chọn. Khi người điều khiển chuyển số, ngay lập
tức ly hợp 2 sẽ được ngắt, đồng thời ly hợp 1 đóng, và dòng công suất sẽ vẫn
tiếp tục truyền từ động cơ tới trục thứ cấp và dẫn động bộ vi sai.
Như vậy,
thời gian chuyển từ số 2 lên 3 rất bé, do vậy dòng mô-men gần như không bị ngắt
quãng. Cũng theo nguyên lý đó, khi người lái giảm số chu trình sẽ diễn ra ngược
lại. Toàn bộ quá trình chuyển số sẽ được máy tính kiểm soát và ra lệnh cho cơ
cấu chấp hành chọn bánh răng và đòng hoặc ngắt từng ly hợp.
Nếu người lái chọn
chế độ tự động hoàn toàn hoặc chế độ điều khiển số tay. ở chế độ tự động thì bộ
đôi ly hợp hoạt động như một biến mô thuỷ lực của hộp số tự động truyền thống,
còn nếu sử dụng chế độ số tay, người lái cũng không phải mất thêm thao tác dùng
chân trái để điều hành bàn đạp ly hợp.
- Khối điều khiển: Dựa vào thông tin từ các cảm biến: cảm biến vị trí số,
cảm biến tốc độ xe, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến tốc độ động cơ đưa về,
máy tính sẽ ra lệnh điều khiển thông qua cơ cấu chấp hành.
- Cơ cấu chấp hành: Trong DCT van điều khiển điện từ đóng vai trò là cơ cấu
chấp hành, thực hiện việc đóng mở các đường dầu. Van điều khiển từ bao gồm lõi
thép từ, cuộn dây.
So sánh với hộp số tay và hộp số tự động truyền thống
- So sánh với hộp số tay: Sử dụng sơ đồ so sánh với hộp số tay: để đạt được
cùng 1 vận tốc, thì xe sử dụng hộp số DCT cần ít thời gian hơn.
- Với hộp số tự động: So với hộp số tự động truyền thống (sử dụng biến
mo-mên thuỷ lực và cơ cấu bánh răng hành tinh) thì DCT có cấu tạo đơn giản, gọn
nhẹ hơn rất nhiều. Tuy về đẳng cấp vẫn không thể sánh được với nó, nhưng sẽ rất
hợp lý để lắp trên những xe hạng, vừa giúp giảm chi phí sản xuất xe mà vẫn tạo
ra sự nhàn nhã cho người điều khiển khi sử dụng chế độ tự động và cũng tạo phấn
khích cho những dân mê tốc độ ở chế độ tự thay đổi cấp số. Với giá nhiên liệu
đang biến đổi theo xu hướng ngày một tăng, chúng ta hãy chờ xem sự thôi thúc
của việc tiết kiệm nhiên liệu sẽ đưa DCT đi đến đâu và phổ biến đến mức nào.
0 nhận xét:
Đăng nhận xét