CÁC LOẠI HỘP SỐ VÀ ƯU NHƯỢC DIỂM docx

CÁC LOẠI HỘP SỐ VÀ ƯU NHƯỢC DIỂM
NGƯỜI THỰC HIỆN
VŨ VĂN HỒNG
Hộp số là một hệ thống gồm nhiều cặp hay bộ các bánh răng khớp với nhau, được
sử dụng để truyền mô-men xoắn từ động cơ tới các bánh xe chủ động của ôtô. Ngày
nay, ngoài hộp số tay truyền thống, còn có thêm các loại hộp số tự động, số li hợp
kép hay số vô cấp (CTV).
1. Hộp số tay
Đặc điểm chính của hộp số tay hay còn gọi là số sàn là người lái phải tự chuyển số bằng
pê-đan côn (li hợp) và cần số trên sàn xe. Thành phần chính của hộp số tay gồm một trục
bánh răng trung gian, hoạt động nhờ kết nối với trục xoay của động cơ. Một trục bánh
răng chốt (splined shaft) nối trực tiếp với trục dẫn động thông qua vi-sai đến các bánh xe.
Tương ứng với các bánh răng ở trục trung gian sẽ là các bánh răng trên trục chốt để tạo ra
những tỷ số truyền động khác nhau. Nhông cài (collar) gắn với cần số có chức năng kết
nối các bánh răng ở trục chốt với trục dẫn động tới các bánh xe. Nhông cài có thể trượt
qua trái hoặc phải dọc theo trục chốt để gài vào các bánh răng khác nhau. Các răng trên
nhông, gọi là răng chó (dog teeth), khớp với các lỗ mặt bên của bánh răng trên trục chốt
để khóa vào nhau.
Hộp số tay ở xe hiện đại còn sử dụng bộ đồng tốc để loại bỏ thao tác côn kép. Mục đích
của bộ đồng tốc là cho phép nhông cài và bánh răng có cùng tốc độ trước khi khớp với
các răng chó. Xe chạy chậm (số 1) là nhờ tỷ số bánh răng cao để vận tốc của bánh răng
truyền mô-men xoắn vào trục bánh xe chủ động thấp. Khi chạy nhanh (số 5, 6, 7) tỷ số
bánh răng thấp – các bánh răng có đường kính gần tương đương nhau – để vận tốc của
bánh xe tương đương với vận tốc xoay của động cơ.
Ưu điểm của hộp số tay là giá thành (rẻ hơn hộp số tự động khoảng 1.000USD), bảo
dưỡng đơn giản hơn, ít tốn kém hơn. Hộp số tay nếu được sử dụng thích hợp có thể hoạt
động hàng trăm nghìn km mà không trục trặc. Việc thay dầu định kỳ cũng không thường
xuyên như hộp số tự động. Trên đường trường, số tay tiết kiệm từ 5-15% nhiên liệu so
với số tự động. Quan trọng hơn, số tay tạo cảm giác chế ngự trực tiếp sức mạnh của động
cơ ôtô và người điều khiển có thể cảm nhận được sức mạnh tối đa của động cơ. Tuy
nhiên, sử dụng số tay có thể là một trải nghiệm “tra tấn” khi bị kẹt xe trong đô thị.

2. Số tự động
Số tự động là loại hộp số có thể tự động thay đổi tỷ số truyền động bằng cách sử dụng áp
suất dầu tác động tới từng li hợp hay đai bên trong. Vì thế, khác biệt dễ thấy nhất là xe
lắp số tự động không có chân côn.
Trái tim của số tự động là bộ bánh răng hành tinh. Cấu tạo của bộ bánh răng này bao gồm
bánh răng định tinh (còn gọi là bánh răng trung tâm hay bánh răng mặt trời) nằm ở giữa.
Các bánh răng hành tinh nhỏ ăn khớp và xoay quanh bánh răng mặt trời, được lắp với
một giá đỡ. Cuối cùng là vòng răng ngoài bao quanh và ăn khớp với các bánh răng hành
tinh nhỏ.
Trong hộp số tự động, vòng răng thường được chế tạo thêm rãnh răng ở mặt ngoài để ăn
khớp với các đĩa ma sát của ly hợp, như vậy các đĩa ma sát sẽ chuyển động cùng với
vòng răng. Cả ba thành phần này đều có thể đóng vai trò của bánh răng truyền mô-men
xoắn, bánh răng nhận mô-men xoắn hoặc có thể cố định. Bằng cách đổi vai như vậy, tỷ lệ
truyền động sẽ thay đổi. Máy tính điện tử sẽ tính toán mức chịu tải của động cơ cũng như
tốc độ để qua đó điều khiển các li hợp hay đai giữ thông qua áp suất dầu nhằm cố định
hay cho phép các thành phần này chuyển động.
Số tự động có thêm bộ chuyển đổi mô-men (torque converter) - một loại “khớp nối” dầu
giữa động cơ và hộp số đóng vai trò thay cho li hợp ở số tay để cho phép động cơ quay
độc lập với hộp số. Với bộ chuyển đổi mô-men này, một số chuyển động trượt sẽ xảy ra
trong quá trình vận hành vì thế hiệu suất hoạt động của hộp số bị giảm bớt. Tuy nhiên,
hầu hết các bộ chuyển đổi mô-men trong hộp số hiện đại ngày nay đã có thêm li hợp khóa
để ngăn chuyển động trượt giúp bộ chuyển đổi mô-men có hiệu suất hoạt động tương
đương với li hợp của số tay. Mặc dù vậy, do số tự động sử dụng một phần sức mạnh của
động cơ để vận hành bơm thủy lực tạo ra áp suất dầu điều khiển các li hợp bên trong nên
số tay vẫn tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Ưu điểm chính của số tự động là giải phóng cho người lái khỏi chân côn cũng như cần số,
giúp người sử dụng cảm thấy thoải mái khi xe hoạt động trong đô thị thường xuyên xảy
ra kẹt xe, tắc đường. Nghiên cứu cho thấy xe sử dụng số tự động hoạt động trong đô thị
có mức tiêu thụ nhiên liệu tương đương xe lắp số tay, và trong nhiều trường hợp còn thấp
hơn. Tuy nhiên, cũng có người cho rằng số tự động đem lại cảm giác nhàm chán, không

thú vị. Một ưu điểm khác của số tự động là giá trị bán lại của xe đã qua sử dụng lắp số tự
động cao hơn. Tuy nhiên, số tự động cũng chóng mòn và hỏng hơn nên cần được bảo
hành nhiều hơn, tốn kém hơn.
3. Số li hợp kép
Hộp số ly hợp kép (dual–clutch transmission - DCT) hay còn gọi là hộp số bán tự động
cũng giải phóng cho người lái khỏi pê-đan côn li hợp khi chuyển số. Về cơ bản, có thể
mô tả DCT như sự kết hợp giữa hai hộp số tay.
Không giống như số tay truyền thống, vốn đưa tất cả các bánh răng lên một trục truyền
mô-men xoắn, DCT gồm hai trục truyền mô-men xoắn lồng vào nhau, một trục nằm phía
bên trong của trục kia. Hai trục này gồm một trục gắn các bánh răng ở cấp số lẻ (trục
trong) và một trục gồm các bánh răng ở cấp số chẵn (trục ngoài). Bộ đôi ly hợp của DCT,
thường thuộc loại ly hợp ma sát ướt, nghĩa là các đĩa ma sát được ngâm trong dầu và
được điều khiển bằng cơ cấu thủy lực-điện tử. 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 số lùi), trong
khi ly hợp còn lại có nhiệm vụ điều khiển bánh răng số chẵn (2, 4,6). Quá trình chuyển số
có thể thực hiện tự động hoàn toàn tuỳ thuộc vào chế độ hoạt động của động cơ và lực
cản của mặt đường. DCT cũng có thể cho phép người lái chuyển số tay mặc dù nó vẫn
được thực hiện thông qua hệ thống thủy lực-điện tử của hộp số.
Với kết cấu như trên, quá trình tăng hoặc giảm số diễn ra rất nhanh chóng (chỉ 8 mili
giây), liên tục và vì thế điểm mạnh nhất của DCT là tiết kiệm nhiên liệu. Một số chuyên
gia cho biết, hộp số li hợp kép 6 cấp có thể cải thiện 10% hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu so
với hộp số tự động 5 cấp truyền thống. Tuy nhiên, chi phí phụ trội để ứng dụng hộp số
này không nhỏ, khi các hãng ôtô phải điều chỉnh dây chuyền chế tạo cho phù hợp với loại
hộp số mới.
4. Số vô cấp
Không giống như hộp số truyền thống, hộp số vô cấp (continuously variable transmission
– CVT) không có các cặp bánh răng tạo tỷ số truyền. CVT thường hoạt động trên một hệ
thống puli (ròng rọc) và dây đai truyền cho phép thay đổi vô cấp và liên tục, không tách
biệt riêng rẽ các số.
Hệ puli với đường kính thay đổi là thành phần chính của CVT. Mỗi puli được tạo thành

từ hai khối hình nón có góc nghiêng 20 độ đặt đối diện với nhau. Một dây đai chạy trong
rãnh giữa hai khối hình nón này. Hai khối hình nón này có thể thay đổi khoảng cách giữa
chúng. Khi hai khối hình nón tách xa nhau, dây đai ngập sâu vào trong rãnh và bán kính
của dây đai quấn quanh puli sẽ giảm đi. Khi hai khối hình nón này ở gần nhau, bán kính
của dây đai tăng lên.
Hệ puli gồm một puli chủ động nối với trục quay của động cơ. Puli thứ hai gọi là puli bị
động có chức năng truyền mômen đến trục dẫn động bánh xe. Tỷ số giữa bán kính quay
trên puli chủ động và bán kính quay của puli bị động xác lập nên “số”. Khi một puli tăng
bán kính và cái kia giảm bán kính để giữ cho dây đai luôn bám chặt vào giữa hai khối
hình nón, chúng sẽ tạo ra vô số các tỷ số truyền, từ mức thấp nhất cho đến cao nhất.
Ưu điểm của CVT là giảm những cú sốc khi chuyển số qua đó có thể tăng đáng kể khả
năng tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, dây đai của nó cũng có thể bị trượt và kéo giãn, làm
giảm hiệu suất hoạt động. Điểm yếu lớn nhất của CVT là không chịu được mô-men xoắn
cao, do đó không ứng dụng được với xe thể thao. Song sự đơn giản của CVT đã biến
chúng trở thành lý tưởng cho xe máy. Xe hybrid lắp CVT cũng đang phổ biến và hộp số
này đang được sử dụng cho chiếc Toyota Prius danh tiếng.