Chào mừng bạn trở lại Gearhead 101 - một loạt bài về những kiến thức cơ bản về cách ô tô hoạt động đối với những tân sinh viên ô tô ngoài kia.
Nếu bạn đã theo dõi Gearhead 101, bạn sẽ biết cách động cơ ô tô hoạt động, cách động cơ truyền sức mạnh mà nó tạo ra qua hệ thống truyền lực và cách hộp số tay hoạt động như một bộ chuyển đổi điện giữa động cơ và hệ thống truyền lực.
Nhưng hầu hết mọi người ngày nay (ít nhất là nếu bạn sống ở Hoa Kỳ) lái xe ô tô có số tự động các đường truyền. Bạn đã bao giờ tự hỏi làm cách nào để chiếc xe của mình có thể sang số thích hợp mà bạn không cần phải làm gì ngoại trừ việc nhấn chân ga hoặc phanh?
Chà, giữ chặt mông của bạn. Chúng tôi sắp hướng dẫn bạn một trong những phần tuyệt vời nhất của kỹ thuật cơ khí (và chất lỏng) trong lịch sử loài người:hộp số tự động.
(Nghiêm túc mà nói, tôi không phóng đại:một khi bạn hiểu cách thức hoạt động của hộp số tự động, bạn sẽ phải kinh ngạc rằng mọi người có thể nghĩ ra thứ này mà không cần máy tính.)
Trước khi tìm hiểu chi tiết về cách thức hoạt động của hộp số tự động, hãy cùng xem xét nhanh lý do tại sao xe cần hộp số - dưới bất kỳ hình thức nào - ngay từ đầu.
Như đã thảo luận trong phần sơ lược của chúng tôi về cách động cơ xe hơi hoạt động, động cơ xe của bạn tạo ra lực quay. Để chuyển động ô tô, chúng ta cần truyền lực quay đó cho các bánh xe. Đó là những gì hệ thống truyền động của ô tô - mà bộ truyền động là một bộ phận của - thực hiện.
Nhưng đây là vấn đề:động cơ chỉ có thể quay trong một tốc độ nhất định để hoạt động hiệu quả. Nếu nó quay quá thấp, bạn sẽ không thể đưa xe di chuyển từ trạng thái dừng lại; nếu nó quay quá nhanh, động cơ có thể tự hủy.
Những gì chúng ta cần là một số cách để nhân công suất do động cơ tạo ra khi cần thiết (bắt đầu từ khi dừng lại, đi lên đồi, v.v.), nhưng cũng giảm lượng điện được gửi từ động cơ khi không cần thiết ( đang xuống dốc, đi thật nhanh, phanh gấp).
Nhập đường truyền.
Hộp số đảm bảo rằng động cơ của bạn quay với tốc độ tối ưu (không quá chậm cũng không quá nhanh) đồng thời cung cấp cho bánh xe của bạn lượng công suất phù hợp để chúng di chuyển và dừng xe, bất kể bạn đang ở trong tình huống nào. giữa động cơ và phần còn lại của hệ thống truyền lực và hoạt động giống như một tủ điện cho ô tô.
Trước đây, chúng tôi đã đi vào chi tiết về cách hộp số tay thực hiện điều này thông qua tỷ số truyền. Bằng cách kết nối các bánh răng có kích thước khác nhau với nhau, bạn có thể tăng lượng công suất truyền đến phần còn lại của ô tô mà không làm thay đổi nhiều đến tốc độ của công suất quay của động cơ. Nếu bạn chưa nắm được ý tưởng về tỷ số truyền, tôi khuyên bạn nên xem video mà chúng tôi đã đưa vào lần trước trước khi bạn tiếp tục; không có gì khác sẽ có ý nghĩa trừ khi bạn hiểu khái niệm này.
Với hộp số tay, bạn kiểm soát bánh răng nào đang hoạt động bằng cách nhấn ly hợp và chuyển các bánh răng vào vị trí.
Trên hộp số tự động, kỹ thuật tuyệt vời xác định bánh răng nào đang hoạt động mà bạn không cần phải làm gì khác ngoài việc nhấn ga hoặc bàn đạp phanh. Đó là phép thuật ô tô.
Vì vậy, bây giờ, bạn nên có hiểu biết cơ bản về mục đích của hộp số:nó đảm bảo rằng động cơ của bạn quay với tốc độ tối ưu (không quá chậm cũng không quá nhanh), đồng thời cung cấp cho bánh xe của bạn lượng điện phù hợp để di chuyển và dừng ô tô, bất kể tình huống nào.
Chúng ta hãy xem xét các bộ phận cho phép điều này xảy ra trong trường hợp hộp số tự động:
Vỏ hộp truyền động
Vỏ hộp số chứa tất cả các bộ phận của hộp số. Nó trông giống như một cái chuông, vì vậy bạn sẽ thường nghe nó được gọi là “vỏ chuông”. Vỏ truyền động thường được làm bằng nhôm. Bên cạnh việc bảo vệ tất cả các bánh răng chuyển động của hộp số, vỏ chuông trên ô tô hiện đại có nhiều cảm biến khác nhau theo dõi tốc độ quay đầu vào từ động cơ và tốc độ quay đầu ra đến phần còn lại của ô tô.
Công cụ chuyển đổi mô-men xoắn
Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao bạn có thể bật động cơ ô tô của mình nhưng lại không tiến về phía trước? Đó là do dòng điện từ động cơ đến hộp số bị ngắt. Việc ngắt kết nối này cho phép động cơ tiếp tục chạy ngay cả khi phần còn lại của hệ thống truyền động của ô tô không nhận được bất kỳ công suất nào. Trên hộp số tay, bạn ngắt kết nối điện từ động cơ đến hệ thống truyền lực bằng cách nhấn ly hợp.
Nhưng làm cách nào để ngắt điện từ động cơ đến phần còn lại của hệ thống truyền động trên hộp số tự động không có ly hợp?
Tất nhiên là với một bộ biến mô.
Đây là nơi ma thuật đen của hộp số tự động bắt đầu (chúng tôi thậm chí còn chưa biết đến bánh răng hành tinh).
Bộ biến mô nằm giữa động cơ và hộp số. Đó là một thứ trông giống chiếc bánh rán nằm bên trong phần mở lớn của hộp đựng chuông của hộp truyền động. Nó có hai chức năng chính về truyền mô-men xoắn:
Nó thực hiện hai chức năng này nhờ năng lượng thủy lực được cung cấp bởi chất lỏng truyền động bên trong hộp số của bạn.
Để hiểu cách này hoạt động, chúng ta cần biết các bộ phận khác nhau của bộ biến mô hoạt động như thế nào.
Các bộ phận của bộ chuyển đổi mô-men xoắn
Có bốn bộ phận chính của bộ biến mô trong hầu hết các loại xe hiện đại:1) bơm, 2) stato, 3) tuabin và 4) ly hợp biến mô.
1. Bơm (hay còn gọi là bánh công tác). Máy bơm trông giống như một cái quạt. Nó có một loạt các lưỡi tỏa ra từ trung tâm của nó. Máy bơm được gắn trực tiếp vào vỏ bộ biến mô, đến lượt nó được bắt vít trực tiếp vào bánh đà của động cơ. Do đó, máy bơm quay cùng tốc độ với trục khuỷu của động cơ. (Bạn sẽ cần nhớ điều đó khi chúng ta xem qua cách hoạt động của bộ biến mô.) Máy bơm “bơm” chất lỏng truyền động ra ngoài từ tâm về phía. . .
2. Tua bin. Tuabin nằm bên trong vỏ bộ chuyển đổi. Giống như cái máy bơm, nó trông giống như một cái quạt. Tua bin kết nối trực tiếp với trục đầu vào của bộ truyền động. Nó không được kết nối với máy bơm nên nó có thể di chuyển với tốc độ khác với máy bơm. Đây là một điểm quan trọng. Đây là điều cho phép động cơ quay ở một tốc độ khác với phần còn lại của hệ thống truyền lực.
Tua bin có thể quay nhờ chất lỏng truyền động được gửi từ máy bơm. Các cánh của tuabin được thiết kế theo cách để chất lỏng mà nó nhận được di chuyển về phía trung tâm của tuabin và quay trở lại máy bơm.
3. Stator (hay còn gọi là Lò phản ứng). Stato nằm giữa máy bơm và tuabin. Nó trông giống như một cánh quạt hoặc cánh quạt máy bay (bạn có thấy mẫu ở đây không?). Stato thực hiện hai việc:1) gửi chất lỏng truyền từ tuabin trở lại máy bơm hiệu quả hơn và 2) nhân mô-men xoắn đến từ động cơ để giúp ô tô chuyển động, nhưng sau đó sẽ gửi ít mô-men xoắn hơn khi ô tô đang chạy tốt. clip.
Nó đạt được điều này nhờ một số kỹ thuật thông minh. Đầu tiên, các cánh trên lò phản ứng được thiết kế theo cách để khi chất lỏng truyền động rời tuabin chạm vào các cánh của stato, chất lỏng được chuyển hướng theo cùng hướng với chuyển động quay của máy bơm.
Thứ hai, stato được nối với trục cố định trên bộ truyền động thông qua ly hợp một chiều. Điều này có nghĩa là stato chỉ có thể di chuyển theo một hướng. Điều này đảm bảo rằng chất lỏng từ tuabin được dẫn theo một hướng. Stato sẽ chỉ bắt đầu quay khi tốc độ chất lỏng từ tuabin đạt đến một mức nhất định.
Hai yếu tố thiết kế này của stator làm cho công việc của máy bơm dễ dàng hơn và tạo ra nhiều áp suất chất lỏng hơn. Điều này, đến lượt nó, tạo ra mô-men xoắn khuếch đại tại tuabin và vì tuabin được kết nối với bộ truyền động, nên nhiều mô-men xoắn hơn có thể được gửi đến bộ truyền động và phần còn lại của ô tô. Chà.
4. Bộ ly hợp biến mô. Nhờ cách động lực học chất lỏng hoạt động, công suất bị mất khi chất lỏng truyền động đi từ máy bơm đến tuabin. Điều này dẫn đến việc tuabin quay với tốc độ chậm hơn một chút so với máy bơm. Đây không phải là vấn đề khi xe đang chạy (trên thực tế, sự khác biệt về tốc độ là yếu tố cho phép tuabin tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn cho bộ truyền động), nhưng khi nó đang bay, sự khác biệt đó dẫn đến một số trường hợp không hiệu quả về năng lượng.
Để loại bỏ tổn thất năng lượng đó, hầu hết các bộ chuyển đổi mô-men xoắn hiện đại đều có ly hợp bộ chuyển đổi mô-men xoắn được kết nối với tuabin. Khi ô tô đạt đến một tốc độ nhất định (thường là 45-50 dặm / giờ), ly hợp biến mô sẽ tham gia và làm cho tuabin quay cùng tốc độ với máy bơm. Máy tính điều khiển khi bộ ly hợp bộ chuyển đổi hoạt động.
Vì vậy, đó là các bộ phận của bộ biến mô.
Hãy tập hợp tất cả lại với nhau và xem hoạt động của bộ chuyển đổi mô-men xoắn sẽ như thế nào khi bạn đi từ điểm dừng đến tốc độ bay:
Bạn nổ máy xe và nó chạy không tải. Máy bơm đang quay cùng tốc độ với động cơ và đang truyền chất lỏng truyền động về phía tuabin, nhưng vì động cơ quay không nhanh ở điểm dừng nên tuabin không quay nhanh như vậy, vì vậy nó không thể phân phối. mô-men xoắn đến hộp số.
Bạn đạp ga. Điều này làm cho động cơ quay nhanh hơn, điều này làm cho máy bơm biến mô quay nhanh hơn. Bởi vì máy bơm quay nhanh hơn, chất lỏng truyền động chuyển động đủ nhanh từ máy bơm để bắt đầu quay tuabin nhanh hơn. Các cánh tuabin đưa chất lỏng đến stato. Stato vẫn chưa quay vì tốc độ chất lỏng truyền dẫn không đủ cao.
Nhưng do thiết kế của các cánh của stato, khi chất lỏng đi qua chúng, nó sẽ chuyển hướng chất lỏng trở lại máy bơm theo cùng hướng khi máy bơm đang quay. Điều này cho phép máy bơm di chuyển chất lỏng trở lại tuabin với tốc độ cao hơn và tạo ra nhiều áp suất chất lỏng hơn. Khi chất lỏng quay trở lại tuabin, nó sẽ tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn, khiến tuabin cung cấp nhiều mô-men xoắn hơn cho bộ truyền động. Xe bắt đầu di chuyển về phía trước.
Chu kỳ này tiếp tục lặp đi lặp lại khi xe của bạn tăng tốc. Khi bạn đạt đến tốc độ bay, chất lỏng truyền đạt áp suất khiến các cánh của lò phản ứng cuối cùng quay. Khi lò phản ứng quay, mô-men xoắn giảm. Tại thời điểm này, bạn không cần nhiều mô-men xoắn để di chuyển xe vì xe đang chuyển động ở một đoạn thẳng. Bộ ly hợp biến mô tham gia và làm cho tuabin quay cùng tốc độ với máy bơm và động cơ.
Được rồi, vậy bộ biến mô là thứ cho phép hoặc ngăn cản công suất từ động cơ được truyền đến hộp số và bội số mô men xoắn đến hộp số để đưa xe đi từ điểm dừng. Đã đến lúc xem xét các bộ phận của hộp số cho phép xe sang số tự động.
Bánh răng hành tinh
Khi xe của bạn đạt tốc độ cao hơn, nó cần ít mô-men xoắn hơn để giữ cho xe tiếp tục. Các hộp số có thể tăng hoặc giảm lượng mô-men xoắn được gửi đến các bánh xe ô tô nhờ vào tỷ số truyền. Tỷ số truyền càng thấp thì mô-men xoắn được phân phối càng nhiều. Tỷ số truyền càng cao, mô-men xoắn được phân phối càng ít.
Trên hộp số tay, bạn phải chuyển số để thay đổi tỷ số truyền.
Trên hộp số tự động, tỷ số truyền tự động tăng và giảm. Và điều này có thể xảy ra nhờ vào thiết kế khéo léo của một bánh răng hành tinh.
Một bánh răng hành tinh bao gồm ba thành phần:
Một bộ bánh răng hành tinh duy nhất có thể đạt được truyền động lùi và năm cấp truyền động tiến. Tất cả phụ thuộc vào thành phần nào trong số ba thành phần của bộ bánh răng đang chuyển động hay được giữ cố định.
Chúng ta hãy xem xét điều đó hoạt động với các thành phần khác nhau hoạt động như bánh răng đầu vào (bánh răng tạo ra năng lượng), bánh răng đầu ra (bánh răng nhận năng lượng) hoặc được giữ cố định.
Bánh răng Mặt trời:bánh răng đầu vào / Tàu sân bay hành tinh:bánh răng đầu ra / Bánh răng vòng:giữ cố định
Trong trường hợp này, bánh răng mặt trời là bánh răng đầu vào. Hộp số không di chuyển. Khi bánh răng mặt trời chuyển động và bánh răng vòng được giữ cố định, các bánh răng hành tinh sẽ quay trên trục mang của chính chúng và đi vòng quanh bên trong bánh răng vòng, nhưng theo hướng ngược lại với bánh răng mặt trời. Điều này làm cho vật mang quay cùng hướng với bánh răng mặt trời. Do đó, sóng mang trở thành thiết bị đầu ra.
Cấu hình này tạo ra một tỷ số truyền thấp có nghĩa là bánh răng đầu vào (trong trường hợp này là bánh răng mặt trời) quay nhanh hơn bánh răng đầu ra (bánh răng hành tinh). Nhưng lượng mô-men xoắn mà tàu sân bay tạo ra nhiều hơn lượng bánh răng mặt trời mang lại.
Loại cấu hình này sẽ được sử dụng khi xe mới khởi động.
Bánh răng Mặt trời:cố định / Vật mang hành tinh:bánh răng đầu ra / Bánh răng vòng:bánh răng đầu vào
Trong trường hợp này, bánh răng mặt trời được giữ cố định, nhưng bánh răng vòng trở thành bánh răng đầu vào (nghĩa là, nó cung cấp năng lượng cho hệ thống bánh răng). Vì bánh răng mặt trời đang được giữ, bánh răng hành tinh quay sẽ đi quanh bánh răng mặt trời và mang theo vật mang hành tinh.
Hạt mang hành tinh chuyển động cùng chiều với bánh răng vòng và là một bánh răng đầu ra.
Cấu hình này tạo ra tỷ số truyền cao hơn một chút so với cấu hình đầu tiên. Nhưng bánh răng đầu vào (bánh răng vòng) vẫn quay nhanh hơn bánh răng đầu ra (bánh răng hành tinh). Điều này dẫn đến bánh răng hành tinh cung cấp nhiều mô-men xoắn hoặc công suất hơn cho phần còn lại của hệ thống truyền lực. Cấu hình này có thể hoạt động khi ô tô của bạn tăng tốc từ điểm dừng hoặc khi bạn đang lái xe lên đồi.
Sun Gear:bánh răng đầu vào / Nhà cung cấp hành tinh:bánh răng đầu ra / Bánh răng vòng:bánh răng đầu vào
Trong trường hợp này, cả bánh răng mặt trời và bánh răng vòng đều hoạt động như các bánh răng đầu vào. Tức là cả hai đều quay cùng tốc độ và cùng chiều. Điều này làm cho các bánh răng hành tinh không quay trên các trục riêng lẻ của chúng. Tại sao? If the ring gear and the sun gear are the input members, the internal teeth of the ring gear will try to rotate the planetary gears in one direction, while the external teeth of the sun gear will try to drive them in the opposite direction. So they lock into place. The whole unit (sun gear, planetary carrier, ring gear) moves together at the same speed and they transfer the same amount of power. When the input and the output transfer the same amount of torque, it’s called direct drive.
This arrangement would be in play when you’re cruising around 45-50 mph.
Sun Gear:held stationary / Planetary Carrier:input gear / Ring Gear:output gear
In this scenario, the sun gear is held stationary, and the planetary carrier becomes the input gear that delivers power to the gear system. The ring gear is now the output gear.
As the planet carrier rotates, the planetary gears are forced to walk around the held sun gear, which drives the ring gear faster. One complete rotation of the planet carrier causes the ring gear to rotate more than one complete revolution in the same direction. This is a high gear ratio and provides more output speed but less torque. This arrangement is also known as “overdrive.”
You’d be in this configuration when you’re driving on the freeway at 60+ mph.
An automatic transmission usually has more than one planetary gear set. They work together to create multiple gear ratios.
Because the gears are in constant mesh in a planetary gear system, gear changes are made without engaging or disengaging gears, like you do on a manual transmission.
But how does an automatic transmission tell which parts of the planetary gear system should act as the input gear, the output gear, or be held stationary, so we can get those varying gear ratios?
With the help of brake bands and clutches inside the transmission.
Brake Bands and Clutches
Brake bands are made of metal lined with organic friction material. The brake bands can tighten to hold the ring or sun gear stationary or loosen to let them spin. Whether a brake band tightens or loosens is controlled by a hydraulic system.
A series of clutches also connect to the different parts of a planetary gear system. Transmission clutches in automatic transmissions are made up of multiple metal and friction discs (which is why they’re sometimes referred to as a “multi disc clutch assembly”). When the discs are pressed together, it causes the clutch to engage. A clutch can cause a planetary gear part to become an input gear or it could cause it to become stationary. It just depends on how it’s connected to the planetary gear. Whether a clutch engages or not is driven by a combination of mechanical, hydraulic, and electrical design. And it all happens automatically.
Now the intricacies of how the various clutches work together to hold and drive different components is pretty complicated. Too complicated to describe it in text. It’s best understood visually. I highly recommend checking out this video that walks you through it:
As you can see, there are a lot of moving parts inside an automatic transmission. It uses a combination of mechanical, fluid, and electrical engineering to give you a smooth ride from dead stop to highway cruising speed.
So let’s walk through a big picture overview of the power flow in an automatic transmission.
The engine sends power to the torque convertor’s pump .
The pump sends power to the torque converter’s turbine via transmission fluid.
The turbine sends the transmission fluid back to the pump via the stator .
The stator multiples the power of the transmission fluid, allowing the pump to send more power back to the turbine. A vortex power rotation is created inside the torque converter.
The turbine is connected to a central shaft that connects to the transmission. As the turbine spins, the shaft spins, sending power to the first planetary gear set of the transmission.
Depending on which multiple disc clutch or brake band is engaged in the transmission, the power from the torque converter will either cause the sun gear , the planetary carrier , or the ring gear of the planetary gear system to move or stay stationary.
Depending on which parts of the planetary gear system are moving or not determines the gear ratio . Whatever planetary gear arrangement you have (sun gear acting as input, planetary carrier acting as output, ring gear stationary — see above) will determine the amount of power the transmission sends to the rest of the drive train.
That, broadly speaking, is how an automatic transmission works. There are sensors and valves that regulate and modify things, but that’s the basic gist of it.
It’s something that’s easier understood visually. I highly recommend watching the following video. The background we went through will make it much easier to understand:
Tôi đã nói gì với bạn? The automatic transmission is pretty dang amazing.
Now as you feel the car shift gears as you cruise down the freeway, you’ll have a good idea of what’s going on under the hood.
Bản dựng lại động cơ 101
Lỗi truyền 101
Chất lỏng hộp số tự động
Chi phí thay thế hộp số BMW X6 - Hiểu về hộp số tự động BMW’S ZF