Thiết bị và nguyên lý hoạt động của bộ biến mô hiện đại
Bộ biến mô đầu tiên xuất hiện cách đây hơn một trăm năm. Trải qua nhiều lần sửa đổi và cải tiến, phương pháp truyền mô-men xoắn hiệu quả này ngày nay được sử dụng trong nhiều lĩnh vực cơ khí, và ngành công nghiệp ô tô cũng không ngoại lệ. Việc lái xe giờ đây trở nên dễ dàng và thoải mái hơn rất nhiều vì không còn phải sử dụng bàn đạp ly hợp nữa. Thiết bị và nguyên tắc hoạt động của bộ biến mô, giống như mọi thứ khéo léo, rất đơn giản.
Câu chuyện về
Lần đầu tiên, nguyên tắc truyền mô-men xoắn bằng cách tuần hoàn chất lỏng giữa hai cánh quạt mà không cần kết nối cứng được kỹ sư người Đức Hermann Fettinger cấp bằng sáng chế vào năm 1905. Các thiết bị hoạt động trên cơ sở nguyên tắc này được gọi là khớp nối chất lỏng. Vào thời điểm đó, sự phát triển của ngành đóng tàu đòi hỏi các nhà thiết kế phải tìm cách truyền dần mô-men xoắn từ động cơ hơi nước sang các chân vịt tàu khổng lồ trong nước. Khi kết hợp chặt chẽ, nước làm chậm tốc độ giật của các cánh quạt trong quá trình khởi động, tạo ra tải ngược quá mức lên động cơ, trục và các khớp của chúng.
Sau đó, các khớp nối chất lỏng hiện đại hóa bắt đầu được sử dụng trên xe buýt London và đầu máy xe lửa diesel đầu tiên để đảm bảo khởi động suôn sẻ. Và thậm chí sau này, các khớp nối chất lỏng đã làm cho cuộc sống của người lái xe hơi dễ dàng hơn. Chiếc xe sản xuất đầu tiên có bộ chuyển đổi mô-men xoắn, Oldsmobile Custom 8 Cruiser, được đưa ra khỏi dây chuyền lắp ráp tại General Motors vào năm 1939.
Thiết bị và nguyên tắc hoạt động
Bộ biến mô là một buồng kín có dạng hình xuyến, bên trong có các cánh bơm, lò phản ứng và tuabin được đặt đồng trục gần nhau. Thể tích bên trong của bộ biến mô được đổ đầy chất lỏng cho hộp số tự động lưu thông theo vòng tròn từ bánh xe này sang bánh xe kia. Bánh bơm được làm trong vỏ bộ biến đổi và được kết nối cứng với trục khuỷu, tức là quay với tốc độ động cơ. Bánh tuabin được kết nối cứng với trục đầu vào của hộp số tự động.
Giữa chúng là bánh xe phản ứng hay còn gọi là stato. Lò phản ứng được gắn trên một ly hợp bánh đà tự do cho phép nó chỉ quay theo một hướng. Các cánh của lò phản ứng có dạng hình học đặc biệt, do đó dòng chất lỏng quay trở lại từ bánh tuabin đến bánh bơm thay đổi hướng, do đó làm tăng mômen xoắn trên bánh bơm. Đây là sự khác biệt giữa bộ biến mô và khớp nối chất lỏng. Trong trường hợp thứ hai, không có lò phản ứng, và do đó, mô-men xoắn không tăng.
Nguyên tắc hoạt động Bộ biến mô dựa trên việc truyền mô-men xoắn từ động cơ đến hộp số nhờ dòng chất lỏng tuần hoàn, không có kết nối cứng.
Một bánh công tác dẫn động, được kết hợp với trục khuỷu quay của động cơ, tạo ra dòng chất lỏng va vào các cánh của bánh tuabin ngược chiều. Dưới tác động của chất lỏng, nó chuyển động và truyền mô-men xoắn đến trục đầu vào của hộp số.
Khi tốc độ động cơ tăng, tốc độ quay của bánh công tác tăng dẫn đến lực của dòng chất lỏng mang bánh tuabin tăng lên. Ngoài ra, chất lỏng, quay trở lại qua các cánh của lò phản ứng, nhận thêm gia tốc.
Dòng chất lỏng được biến đổi phụ thuộc vào tốc độ quay của bánh công tác. Tại thời điểm cân bằng tốc độ của tuabin và bánh bơm, lò phản ứng cản trở sự lưu thông tự do của chất lỏng và bắt đầu quay nhờ bánh đà tự do được lắp đặt. Tất cả ba bánh xe quay cùng nhau, và hệ thống bắt đầu hoạt động ở chế độ khớp chất lỏng mà không làm tăng mô-men xoắn. Với sự gia tăng tải trên trục đầu ra, tốc độ của bánh tuabin chậm lại so với bánh bơm, lò phản ứng bị chặn và lại bắt đầu biến đổi dòng chất lỏng.
Lợi thế
- Chuyển động trơn tru và bắt đầu.
- Giảm rung động và tải trọng trên bộ truyền động từ hoạt động không đều của động cơ.
- Khả năng tăng mô-men xoắn của động cơ.
- Không cần bảo trì (thay thế các phần tử, v.v.).
Hạn chế
- Hiệu suất thấp (do không có tổn thất thủy lực và kết nối cứng với động cơ).
- Tính năng động của xe kém liên quan đến chi phí năng lượng và thời gian để xả dòng chất lỏng.
- Chi phí cao.
Chế độ khóa
Để đối phó với những nhược điểm chính của bộ biến mô (hiệu suất thấp và tính năng động của xe kém), một cơ cấu khóa đã được phát triển. Nguyên lý hoạt động của nó tương tự như bộ ly hợp cổ điển. Cơ cấu này bao gồm một tấm chặn, được kết nối với bánh tuabin (và do đó với trục đầu vào của hộp số) thông qua các lò xo của bộ giảm rung xoắn. Tấm có một lớp ma sát trên bề mặt của nó. Theo lệnh của bộ phận điều khiển truyền động, tấm được ép vào bề mặt bên trong của vỏ bộ chuyển đổi bằng áp suất chất lỏng. Mô-men xoắn bắt đầu được truyền trực tiếp từ động cơ đến hộp số mà không có sự tham gia của chất lỏng. Do đó, giảm thất thoát và đạt được hiệu quả cao hơn. Khóa có thể được kích hoạt trong bất kỳ thiết bị nào.
Chế độ trượt
Việc khóa bộ biến mô cũng có thể không hoàn chỉnh và hoạt động ở chế độ được gọi là “chế độ trượt”. Tấm chặn không bị ép hoàn toàn vào bề mặt làm việc, do đó tạo ra sự trượt một phần của tấm đệm ma sát. Mômen xoắn được truyền đồng thời qua tấm chặn và chất lỏng tuần hoàn. Nhờ sử dụng chế độ này, tính năng động của xe được tăng lên đáng kể, nhưng đồng thời độ êm dịu của chuyển động vẫn được duy trì. Các thiết bị điện tử đảm bảo rằng ly hợp khóa hoạt động càng sớm càng tốt trong khi tăng tốc và ngắt càng muộn càng tốt khi giảm tốc độ.
Tuy nhiên, chế độ trượt có điều khiển có một nhược điểm đáng kể liên quan đến sự mài mòn của bề mặt ly hợp, hơn nữa, nó còn chịu tác động của nhiệt độ nghiêm trọng. Sản phẩm mòn bị dính vào dầu, làm giảm đặc tính hoạt động của nó. Chế độ trượt cho phép bộ biến mô hoạt động hiệu quả nhất có thể, nhưng đồng thời làm giảm đáng kể tuổi thọ của nó.
