Ứng dụng hộp số vô cấp CVT, xe nhỏ ngày càng tiết kiệm

Mặc dù hộp số tự động thống trị thị trường, nhưng chúng không phải đồng bộ thống nhất mà trong nội bộ chúng cũng chia thành nhiều loại. Trong đó có một loại hộp số khác biệt so với bất kỳ chủng loại nào khác, từ việc sử dụng các bánh răng hành tinh truyền thống đến tỷ số truyền hay các mô hình ly hợp kép. Nó có tên là CVT, được viết tắt của cụm từ “truyền tải biến thiên liên tục”.

CVT là một xu hướng khá mới mẻ trên thị trường. Chúng hứa hẹn một khả năng tiết kiệm nhiên liệu tuyệt vời và cảm giác lái xe mượt mà hơn. Nhưng chúng thực sự làm việc như thế nào? Tại sao chúng có thể thay đổi tỷ số truyền mà không sử dụng các bánh răng truyền thống? Liệu có phép màu nào trong loại hộp số mới này hay đơn giản nó là sản phẩm của công nghệ cao?

Cận cảnh công nghệ

Đáng ngạc nhiên là nếu bạn tìm trên mạng sẽ thấy có rất nhiều thiết kế của hộp số CVT, nhưng có nhiều thiết kế trong số đó là không thực tế để áp dụng cho ôtô. Theo ý kiến của chuyên gia lập kế hoạch và chiến lược tiên tiến của Mitsubishi tại Bắc Mỹ cho biết về cơ bản thì hộp số CVT là một hệ thống, gồm nhiều kích cỡ khác nhau, nó giúp gắn kết các thiết bị theo một phương ngang.

Hộp số tự động thông thường sử dụng một bộ bánh răng để cung cấp một tỷ số truyền (hoặc tốc độ) nhất định. Việc truyền tải và sử dụng các bánh răng sẽ đưa đến các tỷ số truyền thích hợp nhất trong từng trường hợp cụ thể. Ví dụ bánh răng bé nhất dùng để cho quá trình khởi động, bánh răng cỡ trung để dùng khi tăng tốc hoặc vượt chướng ngại và bánh răng lớn nhất để giúp tiết kiệm nhiên liệu khi xe đang đi tốc độ cao.

Loại CVT thông thường nhất hoạt động trên một hệ thống puli (ròng rọc) và dây đai truyền cho phép một sự thay đổi vô cấp và liên tục

Hộp số CVT thay thế các bánh răng bằng 2 ròng rọc có khả năng tùy biến về đường kính - chúng có hình dạng giống như 2 hình được gắn chop vào nhau - cùng với đó là một vành đai kim loại hoặc một dây xích có khả năng di chuyển giữa chúng. Một ròng rọc sẽ được kết nối với trục động cơ (trục đầu vào), ròng rọc còn lại sẽ được kết nối với bánh dẫn động. Mỗi nửa của ròng rọc sẽ có khả năng di chuyển, khi chúng di chuyển xích lại gần nhau thì đai buộc sẽ di chuyển đến vị trí xa tâm ròng rọc, tạo ra hiệu quả là đường kính ròng rọc lớn hơn.

Hầu hết hộp số vô cấp CVT đều có ba phần tử cơ bản: đai truyền bằng kim loại hay cao su có công suất cao, một hệ puli

Việc thay đổi đường kính ròng rọc sẽ giúp thay đổi tỷ số truyền (tỷ lệ giữa tốc độ của động cơ và tốc độ của trục ra), chỉ với cùng một thao tác mà sẽ có 10 tốc độ ứng với các trường hợp, lớn hơn rất nhiều so với việc sử dụng các bánh răng lớn và nhỏ truyền thống. Cụ thể là ròng rọc đầu vào nhỏ lại và ròng rọc đầu ra lớn lên ta sẽ có một tỷ số truyền thấp, điều này giúp cho xe có khả năng tăng tốc tốt hơn ở tốc độ thấp. Khi xe tăng tốc, các ròng rọc đường kính khác nhau cũng có thể giúp cho giảm tốc độ động cơ mà tốc độ xe vẫn có thể tăng lên. Đây là điều mà các hộp số thông thường cũng có thể làm được, nhưng việc thay đổi tỷ số truyền khi sử dụng bánh răng truyền thống không thể diễn ra liên tục như với CVT.

Ngoài ôtô, CVT cũng được sử dụng trong các loại máy móc ứng dụng của môn trượt tuyết hay các thiết bị văn phòng phẩm. Trong những máy móc có tải trọng nhỏ thì đai liên kết giữa các ròng rọc được sử dụng bằng đai cao su chứ không dùng xích như ôtô.

CVT có thể sử dụng áp suất thủy lực hoặc lò xo để tạo ra lực cần thiết thay đổi khoảng cách giữa hai khối hình nón

Ngoài thiết kế sử dụng ròng rọc biến thiên đường kính, cũng có một vài thiết kế khác dành cho hộp số CVT. Thay cho các ròng rọc có thể sử dụng con lăn và các ổ đĩa có khả năng thay đổi tỷ lệ giữa đầu vào và đầu ra. Tuy nhiên việc nghiên cứu này vẫn đang còn là thách thức và khá tốn kém nên chưa được áp dụng nhiều.

CVT cũng có bộ vi xử lý và các cảm biến để theo dõi và điều khiển nhưng ba phần tử chính trên là những nhân tố chìa khóa cho phép ý tưởng này trở thành hiện thực.

Lợi ích

Theo các chuyên gia hộp số CVT đem lại cảm giác êm ái khi lái xe. Tức là không còn phải cắt mô-men xoắn mỗi lần bạn tăng tốc nữa. Chiếc xe sẽ được gia tốc một cách nhẹ nhàng như đang nằm trong một dòng chảy – không còn những gián đoạn bởi việc thay đổi trong thiết bị.

CVT hoạt động hiệu quả hơn so với hộp số thường bởi vì nó giúp cho động cơ có thể vận hành ở khoảng giữa của mô-men xoắn tối đa và công suất tối đa. Bằng cách này động cơ sẽ luôn đạt được tốc độ vòng quay (RPM) tối ưu.

Ngoài ra, so với các hộp số sử dụng hệ bánh răng hành tinh thì CVT có số lượng các bộ phận cơ khí ít hơn rất nhiều. Về thiết kế thì có thể CVT sẽ kém hiệu quả hơn so với các bộ truyền dẫn khác vì chúng có ma sát cao hơn. Nhưng về tổng thể thì chúng đem đến sự nhịp nhàng và hiệu quả hơn.

Những bất lợi

Tất nhiên là mọi thứ đều có ưu điểm và nhược điểm của nó, CVT cũng phải là ngoại lệ. Một trong những hạn chế lớn nhất của nó chính là lượng mô-men xoắn mà chúng có thể xử lý. Ở một số mô hình như thì giới hạn của nó vào khoảng 300 đến 350 NM. Tuy nhiên trong tương lai, với sự cải tiến về vành đai thì hộp số CVT có khả năng sẽ tăng lượng mô-men xoắn này.

Tiết kiệm hơn nhờ hộp số vô cấp CVT

Dòng xe nhỏ ngày nay sử dụng loại hộp số vô cấp ngày càng trở nên phổ biến. Một trong những mẫu xe tiêu biểu tại thị trường Việt Nam được ứng dụng công nghệ hộp số CVT chính là sản phẩm Mitsubishi Mirage 2014. Về mặt lý thuyết thì CVT thể hiện nhiều ưu điểm hơn hộp số truyền thống, song trên thực tế thì sao? Cách tốt nhất để trả lời cho câu hỏi này là lấy một trong chiếc xe này và “test”. Xe hơi lắp hộp số vô cấp sẽ được so sánh khả năng tăng tốc và cảm giác mà bạn nhận được với xe không lắp hộp số vô cấp. (xem hình 4).

So sánh khả năng tăng tốc giữa xelắp CVT và xe không lắp hộp số CVT. Hình 4

Hơn nữa mẫu xe nhỏ này lại được ứng dụng chương trình điều khiển sang số thông minh INVECS-III của Mitsubishi áp dụng trên hộp số tự động vô cấp. Được biết, hãng xe Nhật này hiện nay có tới hai chương trình điều khiển dành riêng cho các loại hộp số tự động như INVECS-II ứng dụng cho hộp số tự động có cấp và INVECS-III ứng dụng cho hộp số tự động vô cấp – CVT.

Mirage 2014 là mẫu xe nhỏ đầu tiên được Mitsubishi trang bị hộp số vô cấp CVT INVECS-III

Về nguyên lý, hộp số INVECS là hộp số được tự động được điều khiển bằng vi tính, có khả năng “học” phong cách lái xe của bản với chương trình “Điều khiển thích ứng”. Ngay khi xe bắt đầu lăn bánh, máy tính cũng sẽ bắt đầu “quan sát” cách điều khiển xe của người lái, chẳng hạn như cách đạp ga, phối hợp giữa chân ga và chân thắng…

Hộp số INVECS là hộp số được tự động được điều khiển bằng vi tính, có khả năng “học” phong cách lái xe của bản với chương trình “Điều khiển thích ứng”

Sau một khoảng thời gian ngắn để thử nghiệm các chương trình sang số, máy tính sẽ tìm ra chương trình sang số phù hợp nhất với phong cách lái của người điều khiển. Có thể hình dung chương trình điều khiển này cũng giống như có 1 người ngồi bên cạnh bạn để theo dõi cách bạn lái xe sau đó điều chỉnh hộp số tự động cho phù hợp.

Khi xe xuống dốc, hộp số tự động với công nghệ Invecs kiểm soát quá trình sang số phù hợp với phong cách lái xe của người điều khiển.

Kiểm soát quá trình chuyển số một cách phù hợp khi xuống dốc

Hộp số tự động vô cấp CVT INVECS-III sẽ điều khiển việc "chuyển số" (thay đổi tỉ số truyền) phù hợp với điều kiện vận hành trên đường bằng cách sử dụng chương trình điều khiển tối ưu và chương trình điều khiển thích ứng với phong cách lái. Hộp số tự động vô cấp CVT có khả năng thay đổi tỉ số truyền liên tục làm cho việc tăng giảm tốc mượt mà hơn và nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu.

Kiểm soát quá trình chuyển số một cách phù hợp khi tăng tốc

Hộp số tự động vô cấp CVT trên xe Mirage được phát triển mới với 2 cải tiến đáng chú ý:

• Mở rộng dãy tỉ số truyền bằng việc trang bị thêm 1 hộp số phụ, giúp tỉ số truyền của xe mở rộng (0.55-4), từ đó mang lại khả năng tăng tốc mạnh mẽ hơn.
  
  
• Nâng cao cảm giác lái bằng việc cải tiến chương trình điều khiển xe INVECS-III: Việc tăng/giảm tỉ số truyền được điều khiển mô phỏng hoạt động của hộp số tự động có cấp để tăng cường cảm giác lái.

Bằng việc ứng dụng hộp số CTV INVECS-III cùng với công nghệ động cơ MIVEC thông minh và khung xe vật liệu nhẹ kiểu mới giúp mẫu xe nhỏ này có mức tiêu thụ xăng ấn tượng là 4.7 lít/100km. Đặc biệt, hộp số CVT còn mang tới sự nhàn nhã, êm ái cho người lái trong mỗi hành trình.

>> Xem thêm bài viết cùng chủ đề

• Đánh giá Mitsubishi Mirage CVT 

Anh Quân (TTTĐ)