Hộp số CVT - Bản chất và nguyên lý hoạt động

Hiện nay rất nhiều mẫu xe ô tô phổ thông đều sử dụng hộp số CVT

1. Khái niệm hộp số CVT là gì?

Hộp số vô cấp hay hộp số CVT (tiếng Anh là Continuously Variable Transmission) là một loại hộp số có khả năng thay đổi tỷ số truyền liên tục mà không phân biệt từng cấp số. Khác với các loại hộp số khác tạo nên các tỷ số truyền bằng bánh răng, hộp số CVT tạo nên các tỷ số truyền bằng dây đai cùng với 2 hệ pulley.

Hộp số vô cấp hay hộp số CVT là một loại hộp số có khả năng thay đổi tỷ số truyền liên tục mà không phân biệt từng cấp số

Hộp số tự động vô cấp và hộp số tự động có cấp đều là hộp số tự động, chịu điểu khiển của hệ thống thuỷ lực. Tuy nhiên, hộp số vô cấp khác với hộp số có cấp đó là hộp số CVT không có các cấp số như 1, 2, 3, 4…

Hiện nay, hộp số tự động vô cấp CVT được nhiều hãng xe ô tô sử dụng như: hãng Honda, hãng Mitsubishi, hãng Nissan, hãng Toyota,…

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số tự động vô cấp CVT

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số vô cấp tự động CVT có phần khác biệt so với hộp số tự động AT và hộp số sàn MT.

2.1. Phân tích cấu tạo của hộp số tự động vô cấp CVT

Khác với các loại hộp số tự động AT hay hộp số sàn ô tô MT, hộp số tự động vô cấp CVT không hoạt động dựa trên chuyển động của các cặp bánh răng mà dựa trên hoạt động của hệ thống dây đai truyền cho phép thay đổi liên tục và không phân thành các cấp.

Cấu tạo của hộp số tự động vô cấp CVT bao gồm:

• Dây đai truyền động làm từ chất liệu thép

• Bánh đai chủ động (tức pulley đầu vào) đảm nhận vai trò kết nối để nhận mô men từ động cơ

• Bánh đai bị động (pulley đầu ra) có vai trò kết nối với đầu ra hộp số

Bánh đai truyền động trong hộp số vô cấp là một hệ pulley sở hữu đường kính có thể thay đổi liên tục. Hệ pulley này được cấu tạo từ 2 khối kim loại hình nón có góc nghiêng 20 độ và hai đỉnh nằm đối diện nhau. Một nửa pulley nằm tại vị trí cố định, trong khi nửa còn lại có thể di chuyển trượt lên xuống trên trục. Vì thế 2 nửa pulley này có thể thay đổi khoảng cách bằng cách tiến gần lại nhau hoặc tách xa nhau.

Cấu tạo của hộp số tự động vô cấp CVT

2.2. Nguyên lý làm việc của hộp số tự động vô cấp CVT

Hộp số tự động vô cấp CVT hoạt động ở các trạng thái số tiến và số lùi như sau:

Số tiến của hộp số CVT

Hệ pulley nằm dưới sự điều khiển của một bộ điều khiển thuỷ lực. Bộ điều khiển này sẽ điều khiển cho 2 nửa pulley của hệ pulley tiến lại gần nhau hoặc tách ra xa nhau. Ở mỗi pulley, khi 2 nửa pulley tiến đến gần nhau, bán kính của pulley đó sẽ tăng lên, dây đai được nâng ra xa so với tâm. Khi 2 nửa pulley tách ra khỏi nhau, bán kính pulley đó giảm xuống, dây đai lại nằm lọt giữa 2 nửa pulley và tiến về gần tâm hơn.

Khi bán kính của một pulley tăng lên thì bán kính của pulley còn lại sẽ giảm. Điều này nhằm đảm bảo cho dây đai luôn luôn bám chặt và kết nối liên tục với 2 pulley. Chính nhờ sự tăng giảm bán kính của pulley chủ động và pulley bị động mà “tỷ số truyền” của hộp số được xác lập.

Khi bán kính của một pulley tăng lên thì bán kính của pulley còn lại sẽ giảm

Nếu bánh đai chủ động có bán kính nhỏ, bánh đai bị động có bán kính lớn thì tốc độ quay của bánh đai bị động sẽ giảm, từ đó tạo ra được “số thấp”. Ngược lại, nếu bánh đai chủ động có bán kính lớn còn bánh đai bị động có bán kính nhỏ thì tốc độ quay của bánh đai bị động sẽ tăng lên, từ đó tạo ra được “số cao”.

Bộ điều khiển thuỷ lực có nhiệm vụ điều khiển, làm thay đổi bán kính của 2 hệ pulley khiến cho tỷ số truyền có thể thay đổi biến thiên liên tục. Đây chính là lý do vì sao hộp số tự động CVT không có các cấp số cố định mà lại thay đổi vô cấp.

Bộ điều khiển thuỷ lực có nhiệm vụ điều khiển, làm thay đổi bán kính của 2 hệ pulley khiến cho tỷ số truyền có thể thay đổi biến thiên liên tục

Số lùi của hộp số CVT

Để có số lùi, người ta thiết kế thêm trước đầu vào của hệ truyền đai một bộ bánh răng hành tinh (bộ bánh răng này bao gồm bánh răng mặt trời ở giữa, các bánh răng hành tinh nhỏ xung quanh, vành đai ngoài, cần dẫn) và bộ ly hợp giống như của hộp số tự động AT. Các đầu ra tự động sẽ kết nối với bánh răng mặt trời trong bộ bánh răng hành tinh. Còn đầu vào của pulley chủ động sẽ kết nối với cần dẫn của các bánh răng hành tinh tạo ra “số lùi”.

Với số tiến bình thường, khi động cơ hoạt động sẽ dẫn động bánh răng mặt trời quay, sau đó khi bánh răng mặt trời quay sẽ dẫn động các bánh hành tinh quay cùng chiều. Theo đó, cần dẫn cũng sẽ quay và truyền lực vào bánh đai chủ động.

Để có số lùi, người ta thiết kế thêm trước đầu vào của hệ truyền đai một bộ bánh răng hành tinh

Đối với số lùi, bộ ly hợp kép sẽ làm cố định vành đai ngoài khiến cho  bánh răng hành tinh bên trong chuyển động quay ngược chiều với bánh răng mặt trời. Điều này dẫn đến việc hộp số quay ngược chiều và tạo ra số lùi.

3. Ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động vô cấp CVT

Khi sử dụng hộp số tự động vô cấp CVT, người ta nhận thấy có nhiều ưu điểm hơn là nhược điểm, trước hết chúng ta sẽ cùng nói đến ưu điểm của hộp số CVT:

3.1. Ưu điểm của hộp số CVT

• Có cấu tạo và lối vận hành đơn giản

Khi sử dụng hộp số tự động vô cấp CVT, người lái xe có thể vận hành xe theo cách dễ dàng và đơn giản. Cách lái những dòng xe sử dụng hộp số CVT tương tự như những dòng xe số tự động AT. Số vòng tua đã được tối ưu hóa ở mọi tốc độ di chuyển giúp giảm thất thoát lực truyền so với các hộp số tự động thông thường. Vì thế, hộp số CVT giúp xe có được phản hồi nhanh nhạy và mượt mà hơn.

Hộp số tự động vô cấp có cấu tạo và lối vận hành đơn giản

• Hoạt động mượt mà, không bị giật cục mỗi khi chuyển số

Do hoạt động không phân theo từng cấp số mà dựa trên hệ bánh đai và dây đai, dải biến thiên hoạt động liên tục nên hộp số vô cấp CVT có ưu điểm vận hành trơn tru, mượt mà, không bị giật cục mỗi khi chuyển số. Hộp số CVT phản ứng nhạy bén mỗi khi xe tăng/giảm tốc.

Hộp số CVt hoạt động dựa trên hệ thống pulley và dây đai nên không giật cục khi sang số

• Tiết kiệm nhiên liệu cực kỳ hiệu quả

Vi hộp số vô cấp CVT không phân cấp số, có khả năng thay đổi tỷ số truyền động ở mọi dải tốc độ của xe nên mức tiêu hao nhiên liệu được giảm xuống đáng kể so với các loại hộp số có cấp. Điều này thể hiện rõ nét nhất khi xe phải tăng giảm tốc liên tục khi chạy trong đô thị. Chính ưu điểm nổi bật này mà ngày nay nhiều mẫu xe đô thị hiện nay đang có xu hướng dần dịch chuyển qua sử dụng hộp số tự động vô cấp CVT thay vì hộp số tự động AT thông thường.

Hộp số vô cấp CVT tiết kiệm nhiên liệu cực hiệu quả

• Chi phí sản xuất thấp, kích thước gọn gàng

Hộp số tự động vô cấp CVT có cấu tạo và nguyên lý làm việc đơn giản hơn so với các loại hộp số có cấp như hộp số sàn MT, hộp số tự động AT, hộp số ly hợp kép DCT…Vì vậy, chi phí sản xuất và giá thành của hộp số tự động vô cấp CVT thường thấp hơn. Hộp số CVT còn có kích thước khá nhỏ gọn, trọng lượng tương đối nhẹ. Đây là lý do vì sao các dòng xe ô tô phổ thông giá rẻ hiện nay thường ưu ái sử dụng hộp số CVT.

3.2. Nhược điểm của hộp số CVT

• Khó cảm nhận khi chuyển đổi số

Cấu tạo hộp số sàn MT, hộp số tự động AT hay hộp số ly hợp kép DCT… đều chia cấp số với các bộ bánh răng và ly hợp tương ứng với từng cấp số. Do đó khi xe chuyển số cho người lái có cảm giác lên số hay xuống số.

Còn ở hộp số tự động vô cấp CVT, do không phân cấp số nên hầu như khi lái sẽ không có được cảm giác chuyển đổi giữa các số. Tuy nhiên, vẫn có các cấp số ảo do nhà sản xuất vẫn thiết lập thêm để người lái có thể chuyển qua chế độ số tay hoặc chế độ bán tự động điều chỉnh thông qua cần số hay lẫy chuyển số. Mặc dù vậy, nhìn chung trải nghiệm mang lại vẫn không mấy chân thật. Do đó, dù là các dòng ô tô cỡ nhỏ nhưng nếu được định hướng để theo đuổi phong cách lái thể thao thì nhà sản xuất sẽ sử dụng hộp số tự động có cấp AT thay vì hộp số CVT.

Người lái khó cảm nhận chuyển đổi số với hộp số CVT

• Phải thay dây đai định kỳ cho hộp số CVT

Hộp số CVT dẫn động bằng bộ phận dây đai. Sau một thời gian sử dụng, dây đai này không còn đàn hồi như trước, sẽ bị giãn, trượt… dẫn đến giảm hiệu quả hoạt động. Do đó dây đai cần phải được thay định kỳ. Theo khuyến cáo của các hãng xe, sau mỗi 50.000 – 100.000 km di chuyển thì nên thay mới hệ thống dây đai để đảm bảo hộp số CVT có thể hoạt động tốt.

Chủ xe phải thay dây đai định kỳ cho xe hộp số tự động vô cấp CVT

• Hộp số CVT tạo ra tiếng ồn lớn

Khi hoạt động, hộp số tự động vô cấp CVT thường tạo ra tiếng ồn khá lớn. Đây vốn là nhược điểm mà những xe dùng hộp số CVT thường mắc phải. Nhưng hiện nay, các dòng xe sedan, SUV… từ hạng B trở lên, các nhà sản xuất thường gia cố thêm lớp cách âm khá kỹ. Vì thế tiếng ồn từ hộp số không còn quá gây phiền nhiễu.

Khi hoạt động, hộp số tự động vô cấp CVT thường tạo ra tiếng ồn khá lớn

• Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa hộp số CVT cao

Chi phí cần bỏ ra để bảo dưỡng, sửa chữa hộp số CVT nếu hộp số có trục trặc trong quá trình sử dụng thường ở mức khá cao.

• Không chịu được mô men xoắn cao

Đây là nhược điểm lớn nhất của hộp số tự động vô cấp CVT. Do truyền động bằng hệ thống dây đai nên hộp số CVT không có khả năng chịu được mô men xoắn cao. Cũng chính vì nhược điểm này khiến cho hộp số CVT chỉ thích hợp với những dòng xe ô tô cỡ nhỏ, không thích hợp dùng cho những xe cần sức kéo lớn, xe thể thao, tải nặng…

• Giá dầu hộp số tự động vô cấp CVT khá cao

Hộp số tự động vô cấp CVT sử dụng loại dầu nhớt riêng, khác biệt với loại dầu nhớt dành cho hộp số ô tô tự động. Chi phí thay nhớt cho hộp số vô cấp CVT thường cao hơn nhớt của hộp số tự động AT.

Giá dầu dành cho hộp số tự động vô cấp CVT khá cao

4. Giải mã các ký hiệu trên hộp số CVT và cách sử dụng hộp số CVT

Ký hiệu được ghi trên hộp số tự động vô cấp CVT khá giống với ký hiệu hộp số tự động AT, điển hình gồm các ký hiệu phổ biến sau:

• P: Chế độ đỗ xe, chỉ sử dụng khi xe ở trong trạng thái dừng hẳn

• R: Chế độ xe lùi

• N: Chế độ tự do, xe ngắt kết nối giữa động cơ và hộp số, thường được sử dụng khi cần đẩy xe hoặc kéo xe…

• D: Chế độ chạy xe, đây là chế độ chính được sử dụng khi xe chạy

Bên cạnh các ký hiệu trên, tương tự với xe số tự động AT, nhiều nhà sản xuất còn trang bị thêm cho xe số tự động vô cấp CVT một số chế độ mở rộng với các ký hiệu tương ứng như:

• M+/-: Chế độ số tay, tuy CVT là hộp số tự động vô cấp nhưng nhà sản xuất vẫn giả lập thêm các cấp số ảo. Với chế độ cấp số ảo này, người lái có thể thực hiện chuyển đổi số bằng tay.

• S+/-: Chế độ lái thể thao, cho phép người lái có thể tự chuyển đổi số như chế độ M.

• L: Chế độ số thấp, có độ hãm lớn, thường được sử dụng khi xe cần tải nặng, lên/xuống đèo dốc…

  
  Ký hiệu được ghi trên hộp số tự động vô cấp CVT khá giống với ký hiệu hộp số tự động AT

Cách sử dụng xe hộp số tự động vô cấp CVT tương tự như cách lái xe số tự động AT thông thường. Người lái chỉ cần chuyển cần số sang chế độ lái phù hợp. Việc chuyển số đã được tiến hành tự động, người lái không cần phải đạp chân côn và chuyển số giống như cách chạy xe số sàn.

Hy vọng từ những thông tin được tổng hợp trên đây, IMATS đã giúp bạn có góc nhìn cụ thể hơn về hộp số tự động vô cấp CVT là gì, cấu tạo - nguyên lý hoạt động, ưu điểm - nhược điểm và cách sử dụng. Giờ đây việc lựa chọn động cơ xe sao cho phù hợp càng trở nên dễ dàng và phong phú hơn bao giờ hết! Từ những yêu cầu của bản thân, chúc bạn sẽ tìm được sản phẩm ưng ý và trải nghiệm lái xe thú vị trên mọi cung đường nhé!