Kiến thức cơ bản: Các loại hộp số xe hơi

Trong quá khứ, nếu đề cập đến hộp số thì có lẽ mọi người đều nhắc đến số sàn và số tự động. Thậm chí, đây từng được xem như một tiêu chuẩn hộp số cho xe hơi. Tuy nhiên mọi chuyện đã thay đổi, nhiều công nghệ mới đã len lỏi vào mọi ngóc ngách của xe hơi và hộp số cũng ngày càng được nâng cấp theo hướng hiện đại hơn rất nhiều

Hộp số xe hơi là gì?

Hộp số - tiếng Anh là “Transmission” hay “Gearbox” là cụm chi tiết đặt ở phía sau động cơ và ly hợp, có nhiệm vụ chính là thay đổi tỉ số truyền giữa đầu vào (từ động cơ) và đầu ra (trục truyền động tới bánh xe). Dựa vào sự thay đổi tỉ số giữa bánh răng trục sơ cấp, trục trung gian và trục thứ cấp, từ đó dẫn đến sự thay đổi tỉ số vòng quay giữa động cơ và bánh xe. Việc thay đổi tỉ số này giúp người lái dễ dàng điều khiển chiếc xe ở các địa hình khác nhau khi họ có thể được cung cấp lượng công suất, mô-men xoắn thích hợp.

Có nhiều loại hộp số nhưng chúng thường được chia làm hai loại chính là số tay (manual) hay còn gọi là số sàn và số tự động (automatic). Hộp số tay đòi hỏi người lái phải tự điều khiển hộp số cũng như ly hợp thông qua chân côn. Còn với hộp số tự động, máy tính của xe sẽ có nhiệm vụ điều khiển hộp số một các tự động tùy vào điều kiện vận hành và tải.

Hộp số tay (số sàn)

Hộp số sàn là loại hộp số mà khi sử dụng, người lái phải tự mình làm chủ cả bộ ly hợp và hộp số. Nói cách khác, hộp số này mang đến cho người lái khả năng làm chủ hệ dẫn động, tỉ số truyền và mô-men xoắn từ động cơ đến bánh xe. Loại hộp số này có hai loại chính là hộp số tay có đồng tốc và hộp số tay không có đồng tốc.

Hộp số tay có đồng tốc là loại hộp số tay thông dụng nhất hiện tại trên thị trường. Trong hộp số này, các càng lựa số sẽ được tích hợp thêm các bộ đồng tốc với bánh răng thưa giúp dễ dàng động bộ tốc độ của bánh răng tỉ số truyền trước và sau khi chuyển số. Ngoài ra, cơ chế này cũng hạn chế hiện tượng hao mòn vật lý của bánh răng khi chúng va vào nhau.

Ngược lại, hộp số tay không đồng tốc gần như không được trang bị trên xe hơi thương mại. Thay vào đó, nó được sử dụng chủ yếu ở máy kéo, xe đầu kéo hay các phương tiện lớn hơn. Ở hộp số này, người lái cần phải tự mình làm chủ tốc độ vòng quay giữa các cấp số để tránh trường hợp dư tua máy và thiết tua máy khi chuyển số, đồng thời hạn chế hao mòn vật lý không cần thiết của các bánh răng.

Hộp số bán tự động

Hộp số bán tự động thường thấy nhất đó là trên xe máy, trên những chiếc xe số mà chúng ta hay gặp ngoài đường. Loại hộp số này sẽ không yêu cầu người lái phải tự ngắt côn mỗi khi chuyển số, thay vào đó, nó sẽ có cơ chế tính toán để vào số sao cho phù hợp nhất. Việc người lái cần làm là chuyển số mà không phải lo bất kỳ bất trắc nào xảy ra.

Hộp số tự động

Ngay từ tên gọi, ta có thể biết được loại hộp số này có khả năng tự động chuyển đến cấp số thích hợp mà không cần người lái kiểm soát. Để làm được điều đó, hộp số tự động được trang bị một bộ mê cung mạch dầu, được điều hướng bởi các van điện từ giúp phân bổ áp suất dầu đến các bố, bánh răng cần thiết để tạo nên tỉ số truyền khác nhau.

Trong hộp số tự động, để kết nối với động cơ, các nhà sản xuất sử dụng bộ biến mô thay cho ly hợp truyền thống. Cơ cấu này sử dụng dạng kết nối thông qua dầu. Khi cánh quạt đầu vào quay cùng động cơ, lượng dầu bên trong biến mô từ đó sẽ truyền sức mạnh đến bộ cánh quạt đầu ra, làm quay hộp số. Ở tốc độ cao, các van điện từ trong cơ cấu điều khiển sẽ kích hoạt cơ cấu khóa biến mô, từ đó các chi tiết bên trong sẽ quay ở cùng tốc độ.

Để tăng lượng mô-men xoắn đến đầu ra, giữa hai cánh quạt được trang bị thêm bộ stator với thiết kế cánh quạt chéo giúp tăng áp suất dầu khi chúng được “bắn” bởi cánh quạt đầu vào đến cánh quạt đầu ra. Bộ stator này cũng được trang bị thêm bộ khóa một chiều nhằm ngăn chặn lực dầu từ cánh quạt đầu ra trả lại và giảm tốc độ của cánh quạt đầu vào. Ở tốc độ thấp, bộ khóa một chiều sẽ quay với tốc độ nhất định, giúp giảm mô-men và giảm áp suất dầu, tránh tình trạng chết động cơ.

Hộp số CVT

Hộp số biến thiên vô cấp hay còn được gọi là hộp số CVT (Continuously Variable Transmission) là loại hộp số tự động không có cấp số nhất định. Việc thay đổi tỉ số truyền của hộp số loại này được thực hiện bởi sự di chuyển của đai truyền trên một bộ puly hình nón. Tỉ số truyền được thay đổi tự động dựa vào tải và tốc độ của xe bằng cách di chuyển bộ puly.

Hộp số tay tự động (automated manual)

Loại hộp số này có cấu tạo tương tự như một hộp số tay thông thường. Tuy nhiên, việc chọn số được thực hiện thông qua cần số với cơ cấu kéo hoặc đẩy thay vì phải lựa từng vị trí như hộp số tay thông thường. Bên cạnh đó, hộp số loại này còn có thể lựa số thông qua các lẫy chuyển đặt phía sau vô-lăng.

Hộp số loại này tuy là hộp số có cấu tạo như hộp số tay nhưng nó vẫn có khả năng vận hành tự động. Điều này có nghĩa người lái vẫn có thể lựa chọn chế độ tự động (D) để máy tính tự tính toán cấp số thích hợp hoặc có thể tự mình chuyển số (M). Hộp số kiểu này ngày càng được sử dụng rộng rãi trên xe hơi thương mại, trước đây, nó chỉ được sử dụng trên những chiếc xe thể thao, siêu xe đắt tiền.

Hộp số ly hợp kép – DCT

Thay vì chỉ sử dụng một bộ côn để ngắt động cơ và hộp số, loại hộp số này sở hữu hai bộ côn riêng biệt. Loại này tương tự như hộp số tay tự động nêu trên nhưng việc trang bị côn kép khiến nó trở nên giống hai hộp số riêng lẻ. Hai bộ côn sẽ điều khiến bộ số khác nhau, thông thường một bộ đảm nhiệm số chẵn và một bộ là số lẻ. Khi số lẻ như 1, 3, 5 đang vận hành thì các số còn lại như 2, 4, 6 sẽ được bộ côn còn lại đưa vào thế sẵn sàng. Khi người lái chuyển số, hệ thống sẽ lập tức ngắt bên lẻ và kết nối với bên số chẵn, từ đó mang đến khả năng sang số nhanh hơn. Hộp số loại này cũng có thể hoạt động hoàn toàn tự động.

Hộp số trên xe hơi điện

Do những đặc thù riêng nên bộ truyền động của xe điện cũng khác so với các mẫu xe sử dụng động cơ đốt trong. Thông thường, xe hơi điện không có số hoặc chỉ có 1 cấp số cho phép xe có thể vận hành mượt mà ở tất cả các dải tốc độ. Nguyên nhân là do mô men xoắn tạo ra bởi motor điện phụ thuộc vào dòng điện chứ không phải tốc độ quay nên xe điện thường có mô men xoắn cao trên một dải tốc độ dài trong quá trình tăng tốc so với động cơ đốt trong. Đơn giản nhất là bộ truyền động không số. Do mô men xoắn của motor điện không phụ thuộc vào tốc độ quay, năng lượng từ motor sẽ được sinh ra dưới dạng cả mô men xoắn lẫn tốc độ quay của động cơ. Điều này có nghĩa là sẽ có nhiều năng lượng bị hao hụt hơn khi xe di chuyển ở tốc độ chậm.

Đối với bộ truyền động 1 số, vấn đề trên được phần nào cải thiện bằng cách sử dụng tỷ lệ truyền cho phép motor quay nhanh hơn so với bánh xe (chuyển mô men xoắn thấp, tốc đọ quay nhanh của motor thành mô men xoắn cao, tốc độ quay chậm của bánh xe) giúp quá trình tăng tốc trở nên hiệu quả hơn. Tuy nhiên, motor chỉ có thể hoạt động ở một tốc độ tối đa nhất định, từ đó ảnh hưởng đến tốc độ tối đa của xe. Nếu muốn xe đạt tốc độ cao hơn, cái giá phải trả là gia tốc sẽ giảm xuống và hiệu suất ở tốc độ thấp cũng giảm đi. Bộ truyền động đa cấp số cho phép xe vận hành với hiệu suất cao ở cả tốc độ thấp và cao, nhưng hệ thống cũng phức tạp, nặng nề và có giá thành sản xuất cao chính là những rào cản khiến nó vẫn chưa được phổ biến trên những chiếc xe hơi điện ở hiện tại.