CVT (Continuously Variable Transmission) là loại hộp số vô cấp được Leonardo da Vinci phác họa ra vào năm 1490. Cho đến năm 1886, bằng sáng chế hộp số CVT con lăn đầu tiên mới được cấp cho Daimler và Benz, công nghệ đó đã được chắt lọc và cải tiến. Sau đó, năm 1935, Adiel Dodge nhận bằng sáng chế của Mỹ cho CVT kiểu con lăn.
Chúng ta đã quá quen thuộc với hình ảnh một hộp số cơ khí có cấp thông thường dùng những cặp bánh răng ăn khớp, nhiệm vụ là thay đổi tỷ số truyền giữa động cơ và bánh xe. Số có thể điều khiển bằng tay hoặc tự động. Đối với các hộp số sử dụng các bộ truyền có cấp (các tỉ số truyền cố định), khi chuyển số, thường xảy ra thay đổi giá trị tốc độ và mômen gây nên tải trọng động. Khi chu trình của loại hộp số này diễn ra thông qua các bánh răng, người lái xe có thể cảm nhận được độ rung mỗi khi bánh răng ăn khớp.
Không giống như các hộp số tự động truyền thống, hộp số tự động vô cấp (hộp số CVT) không có hộp bánh răng và cũng không có các số được thiết lập theo thứ tự bánh răng, điều đó có nghĩa là sẽ không có các bánh răng ăn khớp với nhau. Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành hệ thống truyền lực vô cấp, trong đó hộp số có tỉ số truyền biến đổi liên tục, sự biến đổi mômen sau hộp số vô cấp cũng là đường liên tục.
Nếu bạn còn ngạc nhiên là tại sao từ "số" vẫn còn xuất hiện khi giải thích về một hộp số CVT, nên nhớ rằng, "số" được xem như là một tỷ số truyền của trục khuỷu đến trục bánh xe. Mặc dù CVT thay đổi tỷ lệ truyền này mà không dùng đến một bộ bánh răng hành tinh, nó vẫn được mô tả như có số thấp và số cao nhằm mục đích dễ hiểu.
Hộp số tự động CVT của Toyota
Hộp số vô cấp trên cơ sở bánh đai (pulley):
Loại hộp số CVT có điểm chung nhất là vận hành trên một hệ thống bánh đai ròng rọc (pulley) thông minh, cho phép một khả năng biến thiên vô hạn giữa số cao nhất và số thấp nhất mà không không có sự ngắt quãng giữa các bước số.
Quan sát kỹ một hộp số tự động kiểu hành trình, và bạn sẽ thấy một thế giới các bánh răng phức tạp, phanh hãm, ly hợp và các thiết bị điều khiển. Khi so sánh, hộp số vô cấp là một thành tựu trong sự đơn giản với 3 bộ phận cơ bản sau:
-Một dây đai chịu lực cao bằng thép hoặc cao su
-Một bánh đai ròng rọc sơ cấp biến thiên (input)
-Một bánh đai ròng rọc thứ cấp biến thiên (output)
Ngoài ra CVT còn có các bộ vi xử lý và bộ phận cảm biến, nhưng ba thành phần mô tả bên trên là các yếu tố then chốt để cho cơ cấu hoạt động. Các bánh đai ròng rọc có thể thay đổi đường kính làm việc được là trái tim của CVT. Mỗi bánh đai được chế tạo bởi hai bề mặt vát 20˚ hình nón quay vào nhau. Một dây đai chạy trong rãnh của hai mặt côn này.
Khi hai mặt côn của bánh đai cách xa nhau (đường kính làm việc giảm xuống ), dây đai sẽ chạy ở vị trí thấp của rãnh (gần tâm), và bán kính của vòng đai xung quanh bánh đai trở nên nhỏ hơn, và ngược lại. CVT có thể dùng áp suất thủy lực, lực ly tâm hoặc lực của lò xo để tạo một lực cần thiết để điều chỉnh hai nửa của bánh đai.
Khi một bánh đai tăng bán kính của nó, thì bánh đai còn lại sẽ giảm bán kính để giữ cho đai bám chặt. Khi hai bánh đai thay đổi bán kính tương xứng với nhau, chúng tạo ra vô số tỷ số truyền - tất cả các mức giữa hai điểm từ thấp đến cao. Như vậy, về mặt lý thuyết, một CVT có vô số "số" mà nó có thể tạo ra bất cứ khi nào, ở bất cứ tốc độ nào của xe và động cơ.
Mitsubishi Lancer Gala 1.6 - một mẫu xe cũng sử dụng hộp số CVT
CVT có hiệu quả đều nhau khi leo dốc. Không còn bị “đuối”, bởi vì các chu kì quay của CVT giảm một cách vô cấp xuống đến một tỉ số truyền phù hợp với tình trạng mặt đường. Hộp số tự động thông thường chuyển số lên xuống cố gắng tìm một số thích hợp, như thế kém hiệu quả hơn nhiều.
Bản chất tự nhiên về sự đơn giản và vô cấp của CVT làm nó trở thành một hộp số lý tưởng cho các lọai máy móc và thiết bị, không chỉ cho ô tô mà còn trên máy kéo và xe máy tay ga. Nhược điểm cơ bản của nó là: sự trượt đai gây tổn thất đáng kể hiệu suất truyền lực, dây đai có tuổi thọ thấp.
Sự ra đời của vật liệu mới làm cho CVT trở nên tin cậy hơn và hiệu quả hơn. Một trong những tiến bộ quan trọng nhất là việc thiết kế và phát triển của dây đai kim loại kết nối các bánh đai. Những dây đai mềm mại này được kết hợp bởi một số (thường là 9 hoặc 12) băng thép mỏng liên kết với nhau bằng cái mảnh thép (khoảng trên 300) hình nơ con bướm có sức chịu lực cao.
Một phiên bản khác của CVT là hệ thống CVT dạng con lăn, các dây đai và pulley được thay bằng các đĩa và con lăn truyền lực (power roller). Mặc dù hệ thống này dường như rất phức tạp, tất cả các bộ phận đều tương tự như hệ thống dây đai-pulley và đem lại những kết quả như một hộp số vô cấp.
Ưu điểm của xe sử dụng hộp số CVT
-Đều đặn, tăng tốc không ngừng từ lúc đang đứng yên cho đến khi đạt tốc độ bình thường. Chấm dứt tình trạng “shift-shock” (hẫng) khi vào số, làm cho xe chuyển động êm ái hơn.
-Thích ứng tốt hơn với sự thay đổi trạng thái, như khi tăng giảm ga và vận tốc. Không còn tình trạng “đuối” số khi xe giảm tốc, đặc biệt là lúc lên dốc.
-Giảm thất thoát lực so với hộp số tự động thông thường , tăng tốc nhanh hơn.
-Kiểm soát tốt hơn mức độ tiêu thụ nhiên liệu của động cơ. Kiểm soát tốt hơn về khí thải.
-Có thể phối hợp với các bộ li hợp cơ khí kiểu tự động. Thay thế bộ biến mô thủy lực vốn còn khuyết điểm.
Ngày nay, một số hãng ô tô, gồm cả General Motors, Audi, Honda, Nissan… đang thiết kế hệ thống truyền động của mình quanh CVT. Ô tô sử dụng CVT đã trở nên phổ biến ở châu Âu trong nhiều năm qua nhưng với một số nhược điểm của mình, ở Mỹ người ta vẫn đang cố gắng vượt qua một vấn đề thuộc về quan niệm. Ví dụ như chiếc xe Subary Justy (loại đầu tiên xuất hiện tại Mỹ sử dụng CVT) được biết đến như là một chiếc xe nhỏ bé nhu nhược. Theo truyền thống, các hộp số CVT dạng dây đai bị giới hạn ở một mức momen mà nó có thể xử lí được và nó nặng hơn, lớn hơn so với những phiên bản số tự động hoặc số sàn
Hoàng Phát
