VIENIDMY Đăng nhập Vào luyện thi

Trang chủ › Giáo trình › Bảo dưỡng ô tô

Hệ thống truyền lực (Drivetrain)

Bảo dưỡng ô tô · 自動車整備分野 · Bài học do Tokutei Pass tự biên soạn dựa trên giáo trình chính thức; không sao chép nguyên văn.

Cấu trúc hệ thống truyền lực (Xe FR và FF) và tính toán tỷ số truyền

Hệ thống truyền lực là thiết bị biến đổi tốc độ và giảm tốc mô-men quay (torque) sinh ra từ động cơ sao cho phù hợp với điều kiện chạy xe, rồi truyền tới các bánh xe chủ động.

Trên xe FR (động cơ đặt trước, cầu sau chủ động), động lực được truyền theo thứ tự: Động cơ → Ly hợp (Clutch) → Hộp số (Transmission) → Trục các-đăng (Propeller shaft) → Truyền lực cuối / Vi sai (Final gear / Differential) → Bán trục (Axle shaft / Drive shaft) → Bánh sau.

Ngược lại, trên xe FF (động cơ đặt trước, cầu trước chủ động), hộp số và bộ truyền lực cuối (vi sai) được tích hợp chung thành một cụm gọi là hộp số cầu trước (transaxle).

Từ cụm transaxle, hai bán trục (drive shaft) trái và phải trực tiếp dẫn động hai bánh trước, do đó xe FF không có trục các-đăng (propeller shaft).

Khi hai bánh răng ăn khớp với nhau, tỷ số truyền (gear ratio) được tính bằng công thức: Tỷ số truyền = Số răng bánh răng bị động (bánh răng được kéo) ÷ Số răng bánh răng chủ động (bánh răng kéo). Khi dùng bánh răng nhỏ kéo bánh răng lớn, tốc độ quay giảm đi còn 1 ÷ tỷ số truyền, và mô-men xoắn (torque) tăng lên gấp tỷ số truyền lần.

Ngoài ra, tích của tỷ số truyền hộp số với tỷ số truyền của bộ truyền lực cuối gọi là tỷ số truyền chung (Tổng tỷ số giảm tốc = Tỷ số truyền hộp số × Tỷ số truyền cuối). Khi khởi hành hoặc leo dốc, người lái chọn số thấp như số 1 có tỷ số truyền lớn để tạo lực kéo lớn.

Cấu trúc hệ thống truyền lực (Xe FR và FF) và tính toán tỷ số truyền

Điểm cần nhớ


  • Xe FR dùng trục các-đăng (propeller shaft) truyền lực ra cầu sau, còn xe FF truyền lực trực tiếp từ cụm transaxle qua bán trục (drive shaft) tới bánh trước nên không có trục các-đăng

  • Tỷ số truyền (gear ratio) = Số răng bánh răng bị động ÷ Số răng bánh răng chủ động; khi giảm tốc thì tốc độ quay giảm và mô-men xoắn tăng tỷ lệ thuận với tỷ số truyền

  • Tỷ số truyền chung (tổng tỷ số giảm tốc) = Tỷ số truyền của hộp số × Tỷ số giảm tốc của truyền lực cuối (final gear)

  • Ví dụ: Khi bánh răng chủ động có 15 răng và bánh răng bị động có 45 răng thì tỷ số truyền = 45 ÷ 15 = 3,0; tốc độ quay giảm còn 1/3 và mô-men xoắn tăng gấp 3 lần

  • Ví dụ: Khi tỷ số truyền hộp số là 2,5 và tỷ số giảm tốc của truyền lực cuối (final gear) là 4,0 thì tổng tỷ số giảm tốc = 2,5 × 4,0 = 10,0
Từ vựngNghĩa
Trục các-đăng (propeller shaft)
Bán trục / trục dẫn động (drive shaft)
Cụm hộp số - vi sai cầu trước (transaxle)
Tỷ số truyền (gear ratio)

Cấu tạo, nguyên lý của Ly hợp (Clutch) và hành trình tự do bàn đạp

Ly hợp (clutch / côn) được lắp giữa động cơ và hộp số để đóng ngắt dòng truyền động. Ly hợp giúp nối truyền động êm dịu bằng ma sát khi khởi hành và ngắt truyền động dứt khoát khi chuyển số hoặc khi dừng xe.

Trên xe số sàn (MT), loại ly hợp khô một đĩa dùng lò xo đĩa (diaphragm spring) được sử dụng phổ biến nhất. Đĩa ma sát (clutch disc) có gắn tấm ma sát (facing) ở hai mặt, được ép chặt giữa bánh đà (flywheel) và đĩa ép (pressure plate) để truyền mô-men xoắn.

Ở phần moay-ơ trung tâm của đĩa ly hợp có lắp các lò xo giảm chấn (torsion spring) nhằm hấp thụ xung lực xoắn khi đóng ly hợp và giảm dao động tốc độ quay của động cơ.

Trong cơ cấu dẫn động ly hợp bằng thủy lực, khi đạp bàn đạp côn, áp suất dầu từ xi-lanh chính (clutch master cylinder) truyền tới xi-lanh cắt côn (release cylinder), đẩy càng cua (release fork) và bi T (release bearing) ép vào tâm lò xo đĩa để ngắt truyền động.

Bàn đạp ly hợp cần phải có một khoảng hành trình tự do (độ rơ / free play) tính từ vị trí nhả hết đến khi bắt đầu cảm thấy lực cản khi ấn nhẹ bằng ngón tay.

Khi tấm ma sát của đĩa ly hợp bị mòn, đĩa ép dịch chuyển tiến gần về phía bánh đà làm cho hành trình tự do của bàn đạp ly hợp bị giảm đi (nhỏ lại). Nếu hành trình tự do bằng 0 sẽ gây trượt ly hợp (xoa côn), ngược lại nếu hành trình tự do quá lớn sẽ làm ly hợp cắt không hết (khó vào số và kêu bánh răng).

Cấu tạo, nguyên lý của Ly hợp (Clutch) và hành trình tự do bàn đạp

Điểm cần nhớ


  • Lò xo giảm chấn (torsion spring) trên đĩa ly hợp hấp thụ chấn động khi đóng côn và dao động quay để truyền lực êm dịu

  • Khi đĩa ly hợp (tấm ma sát) bị mòn, hành trình tự do (độ rơ) của bàn đạp ly hợp sẽ giảm xuống (chú ý không phải tăng lên)

  • Hành trình tự do bàn đạp quá nhỏ (bằng 0) gây trượt ly hợp, còn hành trình tự do quá lớn gây cắt ly hợp không hết
Từ vựngNghĩa
Lò xo đĩa (diaphragm spring)
Đĩa ly hợp / lá côn (clutch disc)
Lò xo giảm chấn xoắn (torsion spring)
Bi T / vòng bi cắt ly hợp (release bearing)

Cấu tạo và chức năng của Hộp số (MT, AT, CVT)

Hộp số thường (MT) được trang bị cơ cấu đồng tốc (synchromesh mechanism) sử dụng ma sát của mặt côn trên vòng đồng tốc (synchronizer ring) để làm đồng đều tốc độ quay giữa các bánh răng trước khi gài khớp.

Nhờ đó tránh được tiếng kêu va đập bánh răng và giúp sang số nhẹ nhàng, êm dịu. Ngoài ra hộp số MT còn có cơ cấu chống gài hai số cùng lúc (interlock mechanism) và cơ cấu chống tự nhảy số.

Biến mô thủy lực (torque converter) của hộp số tự động (AT) là một loại khớp nối thủy lực truyền động năng thông qua dầu hộp số tự động (ATF). Biến mô gồm 3 phần tử chính: bánh bơm (pump impeller) do động cơ quay, bánh tua-bin (turbine runner) nối với trục đầu ra, và bánh phản ứng (stator) đặt ở giữa trên khớp một chiều.

Bánh phản ứng (stator) đổi hướng dòng dầu ATF từ bánh tua-bin quay về để đẩy phụ vào bánh bơm, qua đó làm khuếch đại mô-men xoắn. Ngoài ra, khi chạy ổn định ở tốc độ cao, cơ cấu khóa biến mô (lock-up mechanism) sẽ nối cứng cơ khí giữa đầu vào và đầu ra để triệt tiêu tổn thất trượt thủy lực và tiết kiệm nhiên liệu.

Bộ truyền bánh răng của hộp số AT sử dụng cơ cấu bánh răng hành tinh (planetary gear), còn hộp số vô cấp (CVT) dùng áp suất dầu thay đổi bề rộng rãnh của pu-li chủ động và pu-li bị động để thay đổi liên tục bán kính ôm của dây đai thép hoặc xích, giúp biến đổi tỷ số truyền mượt mà không phân cấp.

Điểm cần nhớ


  • Cơ cấu đồng tốc (synchromesh) trong hộp số MT dùng ma sát của vòng đồng tốc để đồng bộ tốc độ bánh răng, chống kêu bánh răng khi sang số

  • Biến mô thủy lực gồm bánh bơm (đầu vào), bánh tua-bin (đầu ra) và stator (khuếch đại mô-men xoắn); cơ cấu lock-up nối trực tiếp để loại bỏ tổn thất trượt

  • Hộp số vô cấp (CVT) thay đổi bề rộng rãnh của 2 pu-li để thay đổi liên tục bán kính vòng đai thép hoặc xích mà không có cấp số
Từ vựngNghĩa
Cơ cấu đồng tốc (synchromesh mechanism)
Biến mô thủy lực (torque converter)
Bánh răng hành tinh (planetary gear)
Cơ cấu khóa biến mô (lock-up mechanism)

Trục các-đăng (Propeller shaft) và Bán trục (Drive shaft) - Khớp các-đăng

Trục các-đăng (propeller shaft) trên xe FR và 4WD nối hộp số (cố định trên khung xe) với bộ vi sai cầu sau (luôn dịch chuyển lên xuống theo mặt đường).

Vì vậy, trên trục các-đăng phải có khớp các-đăng (universal joint) để thích ứng với sự thay đổi góc truyền động, và khớp trượt then hoa (sleeve yoke) để hấp thụ sự thay đổi chiều dài dọc trục.

Khớp các-đăng chữ thập (Hooke joint) dùng trên trục các-đăng nếu chỉ lắp 1 khớp đơn sẽ gây ra dao động tốc độ góc trong mỗi vòng quay khi hai trục tạo góc lệch. Do đó người ta bố trí 2 khớp Hooke ở hai đầu trục để triệt tiêu sự không đồng tốc và truyền chuyển động quay đều.

Ngược lại, trên bán trục (drive shaft) dẫn động bánh trước của xe FF hoặc xe dùng hệ thống treo độc lập, người ta sử dụng khớp các-đăng đồng tốc (CVJ: Constant Velocity Joint) để truyền lực êm dịu không gây dao động tốc độ ngay cả khi đánh lái ở góc rất lớn.

Ở đầu phía bánh xe (wheel side) của bán trục thường dùng khớp đồng tốc kiểu Birfield (Rzeppa) chịu được góc đánh lái lớn, còn ở đầu phía bộ vi sai (differential side) dùng khớp đồng tốc kiểu Tripod hoặc Double-offset vừa đổi góc vừa trượt dọc trục được.

Các khớp đồng tốc được bọc kín bằng cao su chụp bụi bán trục (drive shaft boot) chứa mỡ bôi trơn chuyên dụng bên trong.

Trục các-đăng (Propeller shaft) và Bán trục (Drive shaft) - Khớp các-đăng

Điểm cần nhớ


  • Khớp trượt then hoa (sleeve yoke) của trục các-đăng hấp thụ sự thay đổi chiều dài dọc trục khi hệ thống treo nhún lên xuống

  • Khớp chữ thập (Hooke joint) sinh ra dao động tốc độ khi có góc lệch nên phải kết hợp từ 2 khớp trở lên để triệt tiêu tính không đồng tốc

  • Bán trục (drive shaft) của xe FF sử dụng khớp đồng tốc (CVJ: phía bánh xe dùng kiểu Birfield, phía vi sai dùng kiểu Tripod có thể trượt dọc trục)
Từ vựngNghĩa
Khớp các-đăng / khớp nối vạn năng (universal joint)
Khớp trượt then hoa (sleeve yoke)
Khớp các-đăng chữ thập (Hooke joint)
Khớp các-đăng đồng tốc (CVJ)

Truyền lực cuối (Final gear) và Bộ vi sai (Differential)

Bộ truyền lực cuối (final gear) giảm tốc độ quay lần cuối cùng và tăng mô-men xoắn nhờ sự ăn khớp giữa bánh răng quả dứa (drive pinion) và bánh răng vành chậu (ring gear). Trên xe FR, bộ truyền lực cuối dùng bánh răng côn xoắn hoặc bánh răng hypoid để đổi hướng truyền lực vuông góc 90° sang hai bán trục trái phải.

Bánh răng hypoid (hypoid gear) là loại bánh răng côn có đường tâm của bánh răng quả dứa đặt lệch thấp hơn đường tâm của bánh răng vành chậu. Nhờ đó hạ thấp được vị trí trục các-đăng và sàn xe, tỷ số trùng khớp lớn và chạy êm, nhưng do tốc độ trượt trên mặt răng cao nên bắt buộc phải dùng dầu bánh răng chịu cực áp (hypoid gear oil).

Khi ô tô vào cua (quay vòng), bánh xe phía ngoài phải lăn quãng đường dài hơn bánh xe phía trong nên phát sinh sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bánh chủ động. Thiết bị tự động hấp thụ độ lệch tốc độ này để chống trượt lốp và giúp xe vào cua êm dịu gọi là bộ vi sai (differential).

Bộ vi sai gồm vỏ vi sai (differential case) quay cùng bánh răng vành chậu, các bánh răng hành tinh (differential pinion) lắp trên trục chữ thập bên trong, và hai bánh răng bán trục (side gear) nối với hai bánh xe trái phải. Khi chạy thẳng, bánh răng hành tinh không tự quay quanh trục của nó mà quay chung cùng vỏ vi sai, làm hai bánh răng bán trục quay cùng tốc độ.

Điểm cần nhớ


  • Truyền lực cuối trên xe FR dùng bánh răng hypoid vừa để giảm tốc lần cuối vừa để đổi hướng truyền động vuông góc 90°

  • Bộ vi sai (differential) tự động phân phối và hấp thụ sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bánh xe trái - phải (bánh ngoài > bánh trong) khi xe vào cua

  • Khi xe chạy thẳng, lực cản hai bánh bằng nhau nên bánh răng hành tinh (diff pinion) không tự quay mà quay cùng vỏ vi sai, làm hai bánh răng bán trục quay cùng tốc độ
Từ vựngNghĩa
Bộ truyền lực cuối (final gear)
Bánh răng hypoid (hypoid gear)
Bộ vi sai (differential)
Bánh răng hành tinh vi sai (diff pinion) và bánh răng bán trục (side gear)

Đặc tính tốc độ quay của Bộ vi sai và Vi sai hạn chế trượt (LSD)

Trong bộ vi sai luôn tồn tại mối quan hệ quan trọng: Tốc độ quay bánh răng bán trục trái + Tốc độ quay bánh răng bán trục phải = Tốc độ quay bánh răng vành chậu (vỏ vi sai) × 2. Nói cách khác, một bên bánh xe giảm bao nhiêu vòng quay thì bánh xe bên kia sẽ tăng thêm bấy nhiêu vòng quay.

Ví dụ khi bánh răng vành chậu quay 100 rpm, nếu xe chạy thẳng thì bánh trái quay 100 rpm và bánh phải quay 100 rpm.

Nếu khi vào cua bánh phía trong giảm xuống 80 rpm thì bánh phía ngoài sẽ quay 200 - 80 = 120 rpm. Ngoài ra, nếu kích xe lên và giữ cố định một bên bánh xe (0 rpm) thì bánh xe bên đối diện sẽ quay với tốc độ gấp 2 lần bánh răng vành chậu là 200 rpm.

Do đặc tính này, ở bộ vi sai tiêu chuẩn, nếu một bên bánh chủ động rơi vào vũng bùn hoặc mặt băng trơn và bị quay trơn (slip), chỉ có bên bánh bị trượt quay tít còn bánh bên kia đang bám đường cũng mất lực kéo khiến xe không thể thoát lầy.

Để khắc phục nhược điểm đó, trên xe thể thao hoặc xe địa hình thường trang bị bộ vi sai hạn chế trượt (LSD: Limited Slip Differential), giúp hạn chế tác dụng vi sai khi có chênh lệch tốc độ lớn để truyền lực kéo sang cả bánh xe không bị trượt.

Điểm cần nhớ


  • Trung bình cộng tốc độ quay của hai bánh răng bán trục trái và phải luôn bằng tốc độ quay của bánh răng vành chậu (Trái + Phải = Vành chậu × 2)

  • Khi một bánh xe bị quay trơn trên bùn lầy, bánh còn lại cũng mất lực kéo; vì vậy người ta dùng bộ vi sai hạn chế trượt (LSD) để duy trì lực kéo

  • Ví dụ: Khi bánh răng vành chậu quay ở 150 rpm, nếu một bên bánh xe bị giữ đứng yên (0 rpm) thì bánh xe bên kia sẽ quay gấp 2 lần là 300 rpm

  • Ví dụ: Khi bánh răng vành chậu quay ở 100 rpm và khi vào cua bánh phía trong quay 70 rpm thì bánh phía ngoài quay với tốc độ (100 × 2) - 70 = 130 rpm
Từ vựngNghĩa
Tác dụng vi sai (differential action)
Quay trơn / trượt bánh (wheel spin / slip)
Bộ vi sai hạn chế trượt (LSD: Limited Slip Differential)

Kiểm tra và lưu ý bảo dưỡng hệ thống truyền lực

Khi kiểm tra ly hợp, cần kiểm tra mức dầu trong bình chứa dầu côn (nằm giữa vạch MAX và MIN), hành trình tự do của bàn đạp côn, khoảng cách từ bàn đạp tới sàn xe khi đạp hết cỡ, và kiểm tra xem khi nổ máy có vào số êm dịu không có tiếng kêu lạ hay không.

Khi kiểm tra dầu hộp số thường (MT) hoặc dầu cầu vi sai, đỗ xe trên nền phẳng, tháo nút đổ dầu (filler plug) và kiểm tra xem mức dầu có nằm sát mép dưới lỗ nút đổ dầu hay không, đồng thời kiểm tra rò rỉ dầu quanh nút xả (drain plug) và phớt chắn dầu (oil seal).

Dầu hộp số tự động (ATF) thay đổi thể tích theo nhiệt độ. Vì vậy phải nổ máy hâm nóng động cơ ở chế độ không tải (idling), kéo cần số đi qua tất cả các vị trí rồi đưa về P (hoặc N), sau đó rút thước thăm kiểm tra mức dầu trong vùng HOT.

Ngoài ra, đối với bán trục (drive shaft) trên xe FF và 4WD, bắt buộc phải kiểm tra bằng mắt xem cao su chụp bụi (drive shaft boot) bảo vệ khớp đồng tốc có bị rách, nứt hoặc văng mỡ ra ngoài không. Nếu để chụp bụi rách khi chạy xe, nước và cát sẽ lọt vào làm mòn khớp và phát ra tiếng kêu lục cục khi đánh lái vào cua.

Điểm cần nhớ


  • Kiểm tra ly hợp gồm: hành trình tự do bàn đạp, khoảng hở với sàn xe khi đạp hết hành trình, và mức dầu trong bình chứa

  • Kiểm tra mức dầu ATF trên xe AT: sau khi hâm nóng máy, để động cơ nổ không tải, chuyển cần số qua tất cả các dải số rồi đo ở vị trí P (hoặc N)

  • Nếu cao su chụp bụi bán trục (drive shaft boot) bị rách làm rò mỡ, nước và cát sẽ xâm nhập vào khớp đồng tốc gây tiếng kêu lạ và hư hỏng khi quay vòng
Từ vựngNghĩa
Dầu hộp số tự động (ATF)
Nút đổ dầu (filler plug) và nút xả dầu (drain plug)
Cao su chụp bụi bán trục (drive shaft boot)

Các điểm hay ra thi và mẹo ghi nhớ

Câu bẫy hay gặp nhất ở phần ly hợp là: Khi đĩa ly hợp bị mòn thì hành trình tự do của bàn đạp thay đổi thế nào?

Ngược với má phanh, khi đĩa ma sát ly hợp mòn thì đĩa ép tiến về phía bánh đà làm hành trình tự do của bàn đạp côn giảm đi (nhỏ lại). Nếu mất hết hành trình tự do sẽ gây trượt côn, còn nếu quá lớn sẽ gây cắt côn không hết.

Ở phần hộp số, hãy nhớ theo cụm: Cơ cấu đồng tốc (synchromesh) của MT = dùng ma sát đồng bộ tốc độ bánh răng chống kêu khi vào số; Biến mô của AT = gồm 3 phần tử Bánh bơm (đầu vào), Bánh tua-bin (đầu ra) và Stator (tăng mô-men); Cơ cấu lock-up = nối trực tiếp để chống trượt thủy lực và tiết kiệm xăng.

Về phân biệt các trục và khớp nối: Xe FR có trục các-đăng (propeller shaft dùng khớp chữ thập Hooke + khớp trượt sleeve yoke), còn xe FF không có trục các-đăng mà dùng bán trục (drive shaft gắn khớp đồng tốc CVJ) kéo bánh trước.

Về bộ vi sai và tỷ số truyền, nắm chắc 3 quy tắc: Tỷ số truyền = Số răng bị động ÷ Số răng chủ động; Khi chạy thẳng bánh răng hành tinh vi sai không tự quay; Khi giữ cố định 1 bánh thì bánh bên kia quay nhanh gấp 2 lần.

Điểm cần nhớ


  • Đĩa ly hợp mòn làm hành trình tự do bàn đạp giảm xuống / Hành trình tự do quá nhỏ = trượt côn, quá lớn = cắt côn không hết

  • Cơ cấu đồng tốc = đồng bộ tốc độ bánh răng / Stator biến mô = tăng mô-men xoắn / Cơ cấu lock-up = nối cứng chống tổn thất trượt

  • Xe FF không có trục các-đăng (propeller shaft) mà dẫn động bánh trước bằng bán trục (drive shaft) có khớp đồng tốc (CVJ)

  • Bộ vi sai hấp thụ chênh lệch tốc độ hai bánh khi vào cua; khi chạy thẳng thì bánh răng hành tinh vi sai không tự quay quanh trục của nó

  • Tỷ số truyền = Số răng bị động ÷ Số răng chủ động / Tổng tỷ số giảm tốc = Tỷ số truyền hộp số × Tỷ số giảm tốc truyền lực cuối
Từ vựngNghĩa
Hành trình tự do bàn đạp (free play)
Cắt ly hợp không hết (poor clutch disengagement)
Tự quay quanh trục (rotation) và quay chung (revolution)

Tài liệu tham khảo chính thức

💬

Zalo