Nghiên cứu hộp số toyora 4GR FSE và ứng dụng trong xây dựng bài thực hành về hệ thống truyền động ô tô

TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ Định nghĩa về hộp số ô tô Hộp số là một hệ thống gồm nhiều cặp hay bộ bánh răng ăn khớp với nhau, được sử dụng để truyền mô men xoắn từ động cơ tới các bá

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy trong bộ môn Công Nghệ Ôtô và Hệ Thống Cảm Biến, bạn bè và gia đình Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy trong bộ môn Công Nghệ Ôtô và Hệ Thống Cảm Biến thuộc trường Đại học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông đã tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới Th.S Trần Trung Dũng thầy đã quan tâm, chỉ bảo, hướng dẫn em rất tận tình trong suốt quá trình em thực hiện đồ

án Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn quan tâm, động viên giúp đỡ để em hoàn thành tốt đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 3 tháng 6 năm 2016

Sinh viên

Lê Thế Thắng

LỜI CAM ĐOAN

- Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ

sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

- Cam đoan về nội dung đồ án không sao chép nội dụng cơ bản từ các đồ án khác và sản phẩm của đồ án là do em nghiên cứu xây dựng nên

- Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

-Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, ngày 3 tháng 6 năm 2016

Sinhviên

Lê Thế Thắng

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ 2

1.1 Định nghĩa về hộp số ô tô 2

1.2 Công dụng, phân loại, yêu cầu 2

1.2.1 Công dụng 2

1.2.2 Phân loại hộp số 2

1.2.3 Yêu cầu về hộp số 8

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TOYOTA 4GR-FSE 11

2.1 Cấu tạo của các bộ phân trong hộp số toyota 4GR-FSE 11

2.1.1 Bộ biến mô 11

2.1.2 Bộ truyền động bánh răng hành tinh 23

2.2 Bộ điều khiển thủy lực và hệ thống van thủy lực 41

2.2.1 Bộ điều khiển thủy lực 41

2.2.2 Hệ thống van 43

CHƯƠNG 3: XÂY XỰNG BÀI THỰC HÀNH 50 VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG Ô TÔ 50 3.1 Giới thiệu modul 4GR-FSE 50

3.2 Xây dựng các bài thực hành trên modul 4GR-FSE 53 KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 76

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cấu tạo hộp số vô cấp [2] 3

Hình 1.2: Cấu tạo bên trong của hộp số sàn động cơ ô tô [2] 4

Hình 1.3: Cấu trúc hộp số ly hợp kép [2] 5

Hình 1.4: Hộp số ly hợp kép [2] 6

Hình 1.5: Cấu tạo trong của hộp số tự động [2] 7

Hình 1.6: Đường cong đặc tính truyền động [6] 9

Hình 1.7: Tỷ số truyền hộp số [6] 10

Hình 2.1: Cấu tạo của hộp số tự động Toyota 4GR-FSE [3] 11

Hình 2.2: Bộ biến mô của Toyota 4GR-FSE [1] 11

Hình 2.3: Bánh bơm [1] 12

Hình 2.4: Bánh tua bin [1] 13

Hình 2.5: Hoạt động của khớp 1 chiều [1] 14

Hình 2.6: Cơ cấu li hợp khóa biến mô [1] 15

Hình 2.7: Cơ cấu vận hành của biến mô [1] 15

Hình 2.8: Sự nhả khớp trên biến mô [1] 16

Hình 2.9: Sự ăn khớp của khóa biến mô [1] 17

Hình 2.10: Sự truyền mô men [1] 18

Hình 2.11: Khuếch đại mô-men [1] 18

Hình 2.12: Hoạt động của biến mô [1] 19

Hình 2.13: Xe bắt đầu chuyển động [1] 20

Hình 2.14: Tỷ số truyền momen và hiệu suất truyền [1] 21

Hình 2.15: Tỷ số truyền và hiệu suất truyền [1] 22

Hình 2.16: Chức năng của khớp 1 chiều của stato [1] 23

Hình 2.17: Cụm bánh răng hành tinh [3] 24

Hình 2.18: Cấu tạo bánh răng hành tinh [1] 25

Hình 2.19: Nguyên lí vận hành [1] 25

Hình 2.20: Cơ cấu giảm tốc [1] 26

Hình 2.21: Đảo chiều [1] 27

Hình 2.22: Nối trực tiếp [1] 28

Hình 2.23: Tăng tốc [1] 29

Hình 2.24: Nguyên lí hoạt động ở số 1 của bánh răng hành tinh [1] 30

Hình 2.25: Nguyên lí hoạt động ở số 2 của bánh răng hành tinh [1] 31

Hình 2.26: Nguyên lý hoạt động ở số 3 của bánh răng hành tinh [1] 31

Hình 2.27: Nguyên lý hoạt động ở số lùi của bộ bánh răng hành tinh [1] 32

Hình 2.28: Phanh trong hộp số Toyota 4GR-FSE [1] 34

Hình 2.29: Hoạt động của phanh dài (B1) [1] 35

Hình 2.30: Phanh kiểu nhiều đĩa ướt B2,B3 [1] 36

Hình 2.31: Hoạt động của phanh kiểu nhiều đĩa ướt B2,B3 [1] 37

Hình 2.32: Cấu tạo li hợp [1] 38

Hình 2.33: Hoạt động của li hợp [1] 39

Hình 2.34: Hoạt động nhả khớp ở C1 [1] 40

Hình 2.35: Bộ điều khiển thủy lực [3] 41

Hinh 2.36: Cơ chế chuyển số tự động [3] 42

Hình 2.37: Sơ đồ khối điều khiển thủy lực [3] 42

Hình 2.38: Thân van [3] 43

Hình 2.39: Van điều khiển [3] 45

Hình 2.40: Van điều áp sơ cấp [3] 45

Hình 2.41: Van điều áp thứ cấp [3] 46

Hình 2.42 :Van bướm ga [3] 46

Hình 2.43: Van chuyển số 1-2 [3] 47

Hình 2.44: Van chuyển số 2-3 [3] 48

Hình 2.45: Van chuyển số 3-4 [3] 49

Hình 3.1: Mặt trước của modul 4GR-FSE 50

Hình 3.2: Modul 4GR-FSE nhìn ngang 51

Hình 3.3: Modul 4GR-FSE nhìn từ phía sau 52

Hình 3.4: Máy G-Scan 54

Hình 3.5: Cổng kết nối với máy G-SCAN 55

Hình 3.6: Máy G-SCAN đang ở chế độ chọn vào mục Toyota 56

Hình 3.7: Máy G-SCAN đang ở chọn chế độ MARKX 56

Hình 3.8: Chọn vào GRX120 57

Hình 3.9: Chọn 4GR-FSE 57

Hình 3.10: Chọn vào DATA 58

Hình 3.11: Kết quả đo được hiển thị trên màn hình 58

Hình 3.12: Sơ đồ mạch điều khiển hộp số Toyta 4GR-FSE [7] 59

Hình 3.13: Các cổng kết nối trên modul 4GR-FSE 60

Hình 3.14: Dạng sóng 1 SL2 [7] 64

Hình 3.15: Dạng sóng 2 SLU [7] 64

Hình 3.16: Dạng sóng 3 NT [7] 65

Hình 3.17: Dạng sóng 4 SP2 [7] 66

Hình 3.18: Dạng sóng 5 SL1 [7] 66

Hình 3.19: Dạng sóng 6 SLT [7] 67

Hình 3.20: Đồng hồ số 68

Hình 3.21: Thao tác nối cực âm đồng hồ số với cổng kết nối B 68

Hình 3.22: Thao tác nối cực dương đồng hồ số với cổng kết nối B 69

Hình 3.23: Cần số được đặt tại vị trí S 69

Hình 3.24: Bảng đồng hồ táp lô 69

Hình 3.25: Tăng ga 70

Hình 3.26: Màn hình táp lô hiển thị động cơ đang chạy ở số 1 70

Hình 3.27: Màn hình táp lô hiển thị động cơ đang chạy ở số 2 71

Hình 3.28: Màn hình táp lô hiển thị động cơ đang chạy ở số 3 72

Hình 3.29: Màn hình táp lô hiển thị động cơ đang chạy ở số 4 72

Hình 3.30: Màn hình táp lô hiển thị động cơ đang chạy ở số 5 73

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Cách đo đạc tại vị trí P hoặc N [7] 61

Bảng 2: Đo đạc tại vị trí cần số R [7] 61

Bảng 3: Đo đạc ở vị trí D, S [7] 62

Bảng 4: Dạng sóng 1 (điều khiển ly hợp điện từ số 1 SL2) [7] 63

Bảng 5: Dạng sóng 2 (kích vào kiểm tra điện từ SLU) [7] 64

Bảng 6: Dạng sóng 3 (mạng cảm biến khi truyền NT) [7] 65

Bảng 7: Dạng sóng 4 (cảm biến truyền cách mạng SP2) [7] 65

Bảng 8: Dạng sóng 5 (kiểm tra chân điện tử số 1 SL1) [7] 66

Bảng 9: Dạng sóng 6 (dòng điện điều chỉnh áp suất từ ASSY SLT) [8] 66

Bảng 10: Kết quả đo điện áp 73

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành vận tải ô tô phát triển với tốc độ cao, nhiều kiểu dáng mẫu mã hợp thị hiếu khách hàng Ở Việt Nam, xe hơi đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên nhu cầu đi lại của con người vẫn chưa được thỏa mãn Do vậy các hãng sản xuất xe không ngừng cải tiến, ứng dụng đưa những thành tựu khoa học kỹ thuật, ngành thiết kế và chế tạo ô tô nhằm làm tăng độ an toàn cho xe, làm gọn nhẹ hệ thống điện động cơ, bền đẹp và hợp lý Những cải tiến trên là nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người và những quy định khắt khe về an toàn và bảo vệ môi trường

Ô tô đang ngày càng trở nên quen thuộc trong cuộc sống hiện đại ngày này, trở thành một trong những phương tiện đi lại phổ biến của con người Để tạo nên một chiếc ô tô hoàn thiện yêu cầu rất nhiềucông nghệkhác nhau như cơ khí, điện, điện tử bên cạnh đó còn có công nghệ vật liệu, hóa học, nhiệt… và ngày nay là

công nghệ thông tin tất cả sẽ được kết hợp lại Những chiếc ô tô ngày này cũng đã khác xa so với những chiếc xe của thế kỷ trước, với rất nhiều cải tiến về công nghệ

từ động cơ, nhiên liệu, hệ thống điều khiển v.v…

Với mục đích làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, củng cố mở rộng

thêm kiến thức chuyên môn Em đã được giao đề tài: “Nghiên cứu hộp số Toyora 4GR-FSE và ứng dụng trong xây dựng bài thực hành về hệ thống truyền động

để đề tài này được hoàn thiện hơn

Qua đây em xin cám ơn thầy Trần Trung Dũng đã giúp đỡ em hoàn thành

đề tài này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ

 Định nghĩa về hộp số ô tô

Hộp số là một hệ thống gồm nhiều cặp hay bộ bánh răng ăn khớp với nhau, được sử dụng để truyền mô men xoắn từ động cơ tới các bánh xe chủ động của ô tô Ngày nay, ngoài hộp số tay truyền thống, còn thêm các loại hộp số tự động, số ly hợp hay vô cấp

Mô men quay sinh ra bởi động cơ hầu như không đổi Tuy nhiên khi khởi động hoặc khi lên dốc xe đòi hỏi mô men quay phải lớn hơn, còn khi xe chạy ở tốc

độ cao mô men quay lớn lại không cần thiết nữa Hộp số được cung cấp để giải quyết vấn đề này bằng cách thay đổi tổ hợp bánh răng (thay đổi tỷ số truyền) nhằm biến công suất đầu ra của động cơ thành mô men quay và tốc độ quay phù hợp với điều kiện xe chạy

Một chiếu ô tô là tổng thể gồm hàng ngàn chi tiết kiết hợp với nhau Tuy nhiên, một vài bộ phận trong cả ngàn chi tiết đó điều khiển hoạt động của xe, vì vậy chúng đóng một vai trò quan trọng hơn phần còn lại Hộp số là một trong những bộ phận cực kỳ quan trọng của ô tô Thiếu nó, chiều xe của bạn sẽ không thể di chuyển được

1.2 Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.2.1 Công dụng

 Tăng mô men dẫn động bánh xe khi ôtô khởi động và leo dốc

 Dẫn động các bánh xe đạt được tốc độ cao khi cần thiết

 Đảo chiều chuyển động của ôtô

 Cắt chuyển động từ động cơ đến bánh xe chủ động (tay số N)

+ Hộp số có cấp được chia theo:

Hình 1.1: Cấu tạo hộp số vô cấp [2]

Ưu điểm của hộp số vô cấp là giảm những cú sốc khi chuyển số qua đó có thể tăng đáng kể khả năng tiết kiệm nhiên liệu Tuy nhiên, dây đai của nó cũng có thể bị trượt và kéo giãn, làm giảm hiệu suất hoạt động Điểm yếu lớn nhất của hộp

số vô cấp là không chịu được mô men xoắn cao, do đó không ứng dụng được với

xe thể thao Song sự đơn giản của hộp số vô cấp đã biến chúng trở thành lý tưởng cho xe máy Xe hybrid lắp hộp số vô cấp cũng đang phổ biến và hộp số này đang được sử dụng cho chiếc Toyota Prius danh tiếng

+ Hộp số vô cấp được chia theo:

- Hộp số thủy lực (hộp số thủy tĩnh, hộp số thủy động)

- Hộp số điện

- Hộp số ma sát

b Theo loại hộp số

+ Hộp số tay (số sàn).

Đặc điểm chính của hộp số tay hay còn gọi là số sàn là người lái phải tự chuyển số bằng pê-đan côn và cần số trên sàn xe Thành phần chính của hộp số tay gồm một trục bánh râng trung gian, hoạt động nhờ kết nối với trục xoay của động

cơ

Hình 1.2: Cấu tạo bên trong của hộp số sàn động cơ ô tô [2]

Ưu điểm: hộp số tay là giá thành thấp, bão dưỡng đơn giản hơn, ít tốn kém hơn Hộp số tay nếu được sẽ dụng thích hợp có thể hoạt động hàng trăm nghìn kilomet mà không trục trặc Việc thay dầu định kỳ cũng không thường xuyên như hộp số tự động Số tay tạo cảm giác chế ngự trực tiếp sức mạnh của động cơ ô tô

và người điều khiển có thể cảm nhận được sức mạnh tối đa của động cơ Tuy nhiên, sử dụng số tay có thể là một trải nghiệm “tra tấn” khi bị kẹt xe trong đô thị

Công dụng và nguyên tắc hoạt động: Một trục bánh răng chốt (splined shaft) nối trực tiếp với trục dẫn động thông qua vi-sai đến các bánh xe Tương ứng

với các bánh răng ở trục trung gian sẽ là các bánh răng trên trục chốt để tạo ra những tỷ số truyền động khác nhau Nhông cài (collar) gắn với cần số có chức năng kết nối các bánh răng ở trục chốt với trục dẫn động tới các bánh xe Nhông cài có thể trượt qua trái hoặc phải dọc theo trục chốt để gài vào các bánh răng khác nhau Các răng trên nhông, gọi là răng chó (dog teeth), khớp với các lỗ mặt bên của bánh răng trên trục chốt để khóa vào nhau.

Hộp số tay ở xe hiện đại còn sử dụng bộ đồng tốc để loại bỏ thao tác côn kép Mục đích của bộ đồng tốc là cho phép nhông cài và bánh răng có cùng tốc độ trước khi khớp với các răng chó Xe chạy chậm (số 1) là nhờ tỷ số bánh răng cao

để vận tốc của bánh răng truyền mô-men xoắn vào trục bánh xe chủ động thấp Khi chạy nhanh (số 5, 6, 7) tỷ số bánh răng thấp – các bánh răng có đường kính gần tương đương nhau – để vận tốc của bánh xe tương đương với vận tốc xoay của động cơ

+ Hộp số ly hợp kép

Hộp số ly hợp kép hay còn gọi là hộp số bán tự động cũng giải phóng cho người lái khỏi pê-đan côn li hợp khi chuyển số Về cơ bản, có thể mô tả hộp số ly hợp kép như sự kết hợp giữa hai hộp số tay

Hình 1.3: Cấu trúc hộp số ly hợp kép [2]

Hộp số ly hợp kép hoạt động trên nguyên tắc truyền động tương tự như hộp

số tay Nhưng bộ đôi ly hợp ở đây thuộc loại ly hợp ma sát ướt, nghĩa là các đĩa ma sát được ngâm trong dầu và sự tách, nối của nó được điều khiển bằng cơ cấu chấp hành: thủy lực-điện tử Không giống như số tay truyền thống, vốn đưa tất cả các bánh răng lên một trục truyền mô-men xoắn, hộp số ly hợp kép gồm hai trục truyền mô-men xoắn lồng vào nhau, một trục nằm phía bên trong của trục kia Hai trục này gồm một trục gắn các bánh răng ở cấp số lẻ (trục trong) và một trục gồm các bánh răng ở cấp số chẵn (trục ngoài) Bộ đôi ly hợp của hộp số ly hợp kép, thường thuộc loại ly hợp ma sát ướt, nghĩa là các đĩa ma sát được ngâm trong dầu và được điều khiển bằng cơ cấu thủy lực-điện tử Hai ly hợp này hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau, một điều khiển các bánh răng cấp số lẻ (1, 3, 5 và bánh răng số lùi), trong khi ly hợp còn lại có nhiệm vụ điều khiển bánh răng số chẵn (2, 4,6) Quá trình chuyển số có thể thực hiện tự động hoàn toàn tuỳ thuộc vào chế độ hoạt động của động cơ và lực cản của mặt đường Hộp số ly hợp kép cũng có thể cho phép người lái chuyển số tay mặc dù nó vẫn được thực hiện thông qua hệ thống thủy

lực-điện tử của hộp số.

Hình 1.4: Hộp số ly hợp kép [2]

Với kết cấu như trên, quá trình tăng hoặc giảm số diễn ra rất nhanh chóng (chỉ 8 mili giây), liên tục và vì thế điểm mạnh nhất của hộp số ly hợp kép là tiết kiệm nhiên liệu Một số chuyên gia cho biết, hộp số li hợp kép 6 cấp có thể cải thiện 10% hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu so với hộp số tự động 5 cấp truyền thống.Tuy nhiên, chi phí phụ trội để ứng dụng hộp số này không nhỏ, khi các hãng

ô tô phải điều chỉnh dây chuyền chế tạo cho phù hợp với loại hộp số mới

+ Hộp số tự động

Hộp số tự động có kết cấu phức tạp hơn nhiều so với số sàn, do đó cần phải hiểu đúng về các tính năng cũng như cách sử dụng đúng, tránh trược các hư hỏng

và giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng

Số tự động là hộp số có thể tự động thay đổi tỷ số truyển động bằng cách sử dụng áp suất dầu tác động tời từng ly hợp hay đai bên trong Vì thế, khác biệt dễ thấy nhất là xe lắp số tự động không có chân côn

Trái tim của số tự động là bộ bánh răng hành tinh Cấu tạo của bộ bánh răng

này bao gồm bánh răng định tinh (còn gọi là bánh răng trung tâm hay bánh răng mặt trời) nằm ở giữa Các bánh răng hành tinh nhỏ ăn khớp và xoay quanh bánh răng mặt trời, được lắp với một giá đỡ Cuối cùng là vòng răng ngoài bao quanh và

ăn khớp với các bánh răng hành tinh nhỏ

Hình 1.5: Cấu tạo trong của hộp số tự động [2]

Trong hộp số tự động, vòng răng thường được chế tạo thêm rãnh răng ở mặt ngoài để ăn khớp với các đĩa ma sát của ly hợp, như vậy các đĩa ma sát sẽ chuyển động cùng với vòng răng Cả ba thành phần này đều có thể đóng vai trò của bánh răng truyền mô-men xoắn, bánh răng nhận mô-men xoắn hoặc có thể cố định Bằng cách đổi vai như vậy, tỷ lệ truyền động sẽ thay đổi Máy tính điện tử sẽ tính toán mức chịu tải của động cơ cũng như tốc độ để qua đó điều khiển các li hợp hay đai giữ thông qua áp suất dầu nhằm cố định hay cho phép các thành phần này chuyển động

Số tự động có thêm bộ chuyển đổi mô-men (torque converter) là một loại

“khớp nối” dầu giữa động cơ và hộp số đóng vai trò thay cho li hợp ở số tay để cho phép động cơ quay độc lập với hộp số Với bộ chuyển đổi mô-men này, một số chuyển động trượt sẽ xảy ra trong quá trình vận hành vì thế hiệu suất hoạt động của hộp số bị giảm bớt Tuy nhiên, hầu hết các bộ chuyển đổi mô-men trong hộp

số hiện đại ngày nay đã có thêm li hợp khóa để ngăn chuyển động trượt giúp bộ chuyển đổi mô-men có hiệu suất hoạt động tương đương với li hợp của số tay Mặc

dù vậy, do số tự động sử dụng một phần sức mạnh của động cơ để vận hành bơm thủy lực tạo ra áp suất dầu điều khiển các li hợp bên trong nên số tay vẫn tiết kiệm nhiên liệu hơn

Ưu điểm chính của số tự động là giải phóng cho người lái khỏi chân côn cũng như cần số, giúp người sử dụng cảm thấy thoải mái khi xe hoạt động trong đô thị thường xuyên xảy ra kẹt xe, tắc đường Nghiên cứu cho thấy xe sử dụng số tự động hoạt động trong đô thị có mức tiêu thụ nhiên liệu tương đương xe lắp số tay,

và trong nhiều trường hợp còn thấp hơn Tuy nhiên, cũng có người cho rằng số tự động đem lại cảm giác nhàm chán, không thú vị Một ưu điểm khác của số tự động

là giá trị bán lại của xe đã qua sử dụng lắp số tự động cao hơn Tuy nhiên, số tự động cũng chóng mòn và hỏng hơn nên cần được bảo hành nhiều hơn, tốn kém hơn

Hộp số dọc sẽ được bố trí khi động cơ đặt dọc Ở loại hộp số này các bánh

xe chủ động có thể là các bánh xe trước hoặc các bánh xe sau

1.2.3 Yêu cầu về hộp số

Hộp số phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

 Sự truyền lực phải chính xác và êm dịu.

 Hộp số phải gọn nhẹ và dễ dàng trong điều khiển

 Chịu được sự hoạt động ở các điều kiện khắc nghiệt và có độ bền cao

 Dễ dàng bảo quản và sửa chữa

* Sự cần thiết của việc chuyển số:

- Đồ thị bên phải trình bày các đường cong tính năng truyền động, chỉ rõ mối quan hệ giữa lực dẫn động và tốc độ xe từ số 1 tới số 6 A là đường cong lý tưởng khi chuyển số.Phần gạch chéo là phần mô men xoắn sử dụng không có hiệu quả khi chuyển số

- Khi xe có ít tay số thì phần này sẽ rộng và hộp số sẽ không được sử dụng trong thực tế

Hình 1.6: Đường cong đặc tính truyền động [6]

- Ngược lại nếu hộp số có quá nhiều tay số thì các đường cong tay số sẽ gần đường A (đường cong lý tưởng), làm giảm phần mô men xoắn không hiệu quả, nhưng hộp số sẽ rất phức tạp khi thiết kế và lái xe gặp nhiều khó khăn khi vận hành.Thường thì hộp số có khoảng 4 hoặc 5 số tiến và 1 số lùi

- Đồ thị trên là quá trình chuyển số từ 1 đến 6 khi người lái muốn tăng tốc

độ động cơ thì bắt buộc phải chuyển số.

 Khi khởi hành cần có công suất lớn, nên người lái sử dụng số 1 có lực truyền động lớn nhất

 Sau khi khởi hành tài xế dùng số 2, số 3 để tăng tốc độ xe Tài xế dùng

số truyền này vì chúng có giới hạn tốc độ cao hơn số 1 mà không cần nhiều lực truyền động

 Khi xe chạy ở tốc độ cao, tài xế dùng số truyền 4,5,6 để tiếp tục tăng tốc

độ xe Việc sử dụng các số truyền với lực truyền động nhỏ và hạ thấp tốc độ động

cơ sẽ giảm mức tiêu thụ nhiên liệu

* Tỷ số truyền

Để thay đổi tốc độ chuyển động của ôtô bằng cách thay đổi tỷ số truyền của hộp số thông qua các cặp bánh răng ăn khớp dựa vào nguyên tắc sau: Khi tốc độ đầu ra của hộp số chậm thì mô men của nó sinh ra sẽ cao để ôtô vượt chướng ngại vật và leo dốc dễ dàng Ngược lại, khi tốc độ đầu ra của hộp số càng nhanh thì mô men ở đầu ra của hộp số bé, được sử dụng cho ôtô hoạt động ở tốc độ cao

Hình 1.7: Tỷ số truyền hộp số [6]

Tỷ số truyền: i12 = n1/n2 = Z2/Z1

Z2: Số răng của bánh răng bị động Z1: Số răng của bánh răng chủ động

n1: Số vòng quay của bánh răng chủ động.

n2: Số vòng quay của bánh răng bị động

- Tỷ số truyền giảm: i>1 (Z2>Z1) Trong hộp số tương ứng với các số 1, 2, 3

- Tỷ số truyền tăng : i<1 (Z2<Z1) Trong hộp số tương ứng với số 5

- Tỷ số truyền không đổi (tỷ số truyền thẳng): i=1 (Z2=Z1) Trong hộp số tương ứng với số 4

Theo sự truyền động của các cặp bánh răng theo hình vẽ thì chuyển động của trục thứ cấp của hộp số ngược chiều quay với trục sơ cấp

CHƯƠNG 2:TÌM HIỂU HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TOYOTA 4GR-FSE

 Cấu tạo của các bộ phân trong hộp số toyota 4GR-FSE

Hình 2.1: Cấu tạo của hộp số tự động Toyota 4GR-FSE [3]

Hộp số tự động Toyota 4GR-FSE gồm các bộ phận sau: ECU động cơ, các loại cảm biến, bộ biến mô, bộ điều khiển thủy lực…

 Bộ biến mô

 Khái quát chung và cấu tạo

Hình 2.2: Bộ biến mô của Toyota 4GR-FSE [1]

- Bộ biến mô vừa truyền vừa khuếch đại mô men từ động cơ vào hộp số (bộ truyền bánh răng hành tinh) bằng việc sử dụng dầu hộp số tự động như một môi chất

- Bộ biến mô gồm bánh bơm, bánh tua-bin, khớp một chiều, stato và vỏ biến mô chứa tất cả các bộ phận đó

- Bộ phận biến đổi được đổ đầy hộp số tự động do bơm dầu cung cấp Động

cơ quay sang và bánh bơm quay và dầu bị đẩy ra từ bánh bơm thành một dòng mạnh làm quay bánh tua-bin

Bánh bơm

Bánh bơm được bố trí trong vỏ bộ biến mô và được nối với trục khuỷu qua đĩa dẫn động Nhiều cánh hình cong được lắp bên trong bánh bơm Một vòng dẫn hướng được lắp trên mép trong của các cánh để đường dẫn dầu được êm

Hình 2.3: Bánh bơm [1]

Bánh tua-bin

Rất nhiều cánh được lắp trên bánh tua-bin giống như trường hợp bánh bơm Hướng cong của các bánh này ngược chiều với hướng của các bánh bơm, bánh tua-bin được lắp trên trục sơ cấp của hộp số sao cho các cánh bên trong nó nằm đối diện với các cánh của bánh bơm với khe hở rất nhỏ ở giữa

Hình 2.4: Bánh tua bin [1]

Stato

Stato nằm giữa bánh bơm và bánh tua-bin, qua khớp 1 chiều nó được lắp trên trục stato trục này cố định trên vỏ hộp số

Hoạt động của stato

Dòng bơm dầu trở về từ bánh tua bin vào bánh bơm theo hướng cản sự quay của bánh bơm Do đó, stato đổi chiều của dòng dầu sao cho nó tác động lên phía sau của các cánh trên bánh bơm và bổ sung thêm lực đẩy cho bánh bơm do đó nó làm tăng thêm mô men

Hoạt động của khớp một chiều

Khớp một chiều cho phép stato quay theo chiều quay trục khuỷu động cơ Tuy nhiên nếu stato bắt đầu quay theo chiều ngược lại thì khớp ngược chiều sẽ

khóa stato để ngăn cản không cho nó quay.

Hình 2.5: Hoạt động của khớp 1 chiều [1]

Cơ cấu li hợp khóa biến mô

Mô tả

Cơ cấu li hợp khóa biến mô truyền cô suất từ động cơ tới hộp số tự động một cách trực tiếp và cơ học Do bộ biến mô sử dụng thủy lực để gián tiếp truyền

công suất nên có sự tổn hao công suất Vì vậy, li hợp được lắp trong bộ biến mô để nối trực tiếp từ động cơ tới hộp số để giảm tổn hao công suất.

Khi xe đạt được một tốc độ nhất định, thì cơ cấu li hợp khóa biến mô sẽ được sử dụng để nâng cao công suất và sử dụng nhiên liệu

Li hợp khóa biến mô sẽ được lắp trong moay ơ của bánh tua-bin, phía trước bánh tua-bin

Lo xo giảm chấn sẽ hấp thụ lực xoắn khi ăn khớp li hợp để ngăn không cho sinh ra va đập Một vật liệu ma sát (cùng dạng sử dụng trong phanh đĩa và đĩa li hợp) được gắn lên vỏ biến mô hoặc piston khóa của bộ biến mô để ngăn sự trượt ở thời điểm ăn khớp li hợp

Hình 2.6: Cơ cấu li hợp khóa biến mô [1]

Vận hành

Khi vận hành khóa biến mô được kích hoạt thì nó sẽ quay cùng với bánh bơm và bánh tuabin Việc ăn khớp và nhả li hợp khóa biến mô được xác định từ những thay đổi về hướng của dòng thủy lực trong biến mô khi xe đạt được một tốc động nhất định.

Hình 2.7: Cơ cấu vận hành của biến mô [1]

Nhả khớp

Khi xe chạy ở tốc động thấp thì dầu bị nén (áp suất của bộ biến mô) sẽ chảy vào phía trước của bộ li hợp khóa biến mô Do đó, áp suất trên mặt trước và mặt sau của li hợp khóa biến mô trở nên cân bằng và do đó li hợp khóa biến mô được nhả khớp

Hình 2.8: Sự nhả khớp trên biến mô [1]

Ăn khớp

Khi xe chạy ở tốc độ trung bình hoặc cao thì dầu bị nén sẽ chảy vào phía sau

của li hợp khóa biến mô Do đó, vỏ bộ biến mô và li hợp khóa biến mô sẽ trực tiếp nối với nhau Do đó li hợp khóa biến mô và vỏ của nó sẽ quay cùng nhau.

Hình 2.9: Sự ăn khớp của khóa biến mô [1]

b Nguyên lý hoạt động của bộ biến mô

Sự truyền mô men

Khi tốc độ của bánh bơm tăng thì lực li tâm bắt đầu làm cho dầu chảy từ tâm bánh bơm ra ngoài Khi tốc độ bánh bơm tăng lên nữa thì dầu bị ép văng ra khỏi bánh bơm Dầu va vào cánh của bánh tua-bin làm cho bánh tua-bin bắt đầu quay cùng chiều với bánh bơm

Dầu chảy vào trong dọc theo cánh của bánh tua-bin Khi nó chiu được vào bánh tua-bin thì mặt cong trong của bánh sẽ đổi hướng dầu ngược lại về phía bánh bơm, và chu kỳ lại bắt đầu lại từ đầu Việc truyền mô men được thực hiện toàn

hoàn dầu qua bánh bơm và bánh tua-bin.

Hình 2.10: Sự truyền mô men [1]

Khuếch đại mô men

Việc khuếch đại mô men do biến mô thực hiện bằng cách dẫn dầu khi nó vẫn còn năng lượng sau khi đã đi qua bánh tua-bin trở về bánh bơm qua các cánh của stato

Nói cách khác bánh bơm được quay do mô men từ động cơ mà mô men này lại được bổ sung dầu quay từ bánh tua-bin Có thể nói rằng bánh bơm đã khuếch đại mô men ban đầu để dẫn động bánh tua-bin

Hình 2.11: Khuếch đại mô-men [1]

Hoạt động của biến mô

Dưới đây là mô tả chung của hoạt động của bộ biến mô khi cần số di chuyển vào ‘D’ hoặc ‘R’

Khi động cơ chạy không tải hoặc dừng

Khi động cơ chạy không tải thì mô men sinh ra do động cơ là rất nhỏ Nếu gài phanh (phanh tay hoặc phanh chân) thì tải trên bánh tuabin rất lớn vì nó không thể quay được Tuy nhiên, do nó bị dừng nên tỉ số truyền tốc độ của bánh tuabin so với bánh bơm bằng không trong khi tỉ số truyền mô men ở vị trí lớn nhất Do đó, bánh tua-bin luôn sẵn sang quay với một mô men lớn hơn mô men do động cơ sinh ra

Hình 2.12: Hoạt động của biến mô [1]

Xe bắt đầu chuyển động

Khi nhả phanh thì bánh tua-bin có thể quay cùng trục sơ cấp của hộp số Do

đó, bánh tua-bin quay với mô men lớn hơn mô men do động cơ sinh ra khi đạp bàn đạp ga Như vậy xe bắt đầu chuyển động

Hình 2.13: Xe bắt đầu chuyển động [1]

Xe chạy với tốc độ thấp

Khi tốc độ xe tăng lên, thì tốc độ quay của bánh tua-bin sẽ nhanh chóng tiến tới tốc độ quay của bánh bơm Vì vậy, tỷ số truyền của mô men nhanh chóng tiến gần tới 1.0 Khi tỷ số truyền của bánh tuabin và bánh bơm đạt tới điểm ly hợp thì stato bắt đầu quay, và sự khuếch đại mô men giảm xuống Nói cách khác, bộ biến

mô bắt đầu hoạt động như một khớp nối thủy lực Do đó, tốc độ xe tăng gần như thỉ lệ thuận với tốc độ động cơ.

Xe chạy ổn định ở tốc độ trung bình hoặc ở tốc độ cao

Bộ biến mô chỉ hoạt động như một khớp nối thủy lực Bánh tua-bin quay gần bằng tốc độ của bánh bơm

* Chú ý:

Trong điều kiện bình thường khi xe bắt đầu chuyển động thì bộ biến mô sẽ đạt được điểm li hợp trong thời gian từ 2 đến 3 giây Tuy nhiên nếu tải nặng thì thậm chí cả khi xe chạy ở tốc độ trung bình hoặc tốc độ cao thì bộ biến mô vẫn có thể hoạt động trong dải biến mô

Khi nhả các phanh , thậm chí nếu không đạp bàn đạp ga thì xe vẫn chuyển động Hiện tượng này được gọi là hiện tượng trườn

c Tính năng của bộ biến mô

Tỷ số truyền mô men và hiệu suất truyền

Độ khuếch đại mô men do bộ biến mô sẽ tăng theo tỷ lệ dòng xoáy Có nghĩa là mô men cực đại của bánh tua-bin dừng

Dải biến mô, trong đó có sự khuếch đại mô men

Dải khớp nối, chỉ đơn thuần là truyền mô men

Điểm li hợp là đường phân chia giữa hai phạm vi đó, hiệu suất truyền động của bộ biến mô cho thấy năng lượng truyền cho bánh bơm truyền tới bánh tua-bin với hiệu quả là ra sao Năng lượng ở đây là công suất của bản thân động cơ, tỷ lệ với tốc độ của động cơ và mô men động cơ Do mô men được truyền gần 1:1 trong khớp thủy lực nên hiệu suất truyền động trong giải khớp nối sẽ tăng tuyến tính và tỉ

lệ so với tốc độ

Tuy nhiên, hiệu suất truyền động của bộ biến mô không đạt được 100% và thường đạt được 95% Sự tổn hao năng lượng là do nhiệt sinh ra trong dầu và trong ma sát Khi tuần hoàn dầu nó được bộ làm mát dầu làm mát

Hình 2.14: Tỷ số truyền momen và hiệu suất truyền [1]

tỉ số truyền momen trở nên gần 1:1

Nói cách khác, stato bắt đầu quay lại điểm li hợp và bộ biến mô hoạt động như một khớp nối thủy lực ngăn không cho tỷ số truyền mô men giảm xuống dưới 1

Hình 2.15: Tỷ số truyền và hiệu suất truyền [1]

Chức năng của khớp 1 chiều của stato

Mô tả

Hướng của dầu đi vào stato từ bánh tuabin phụ thuộc vào sự chênh lệch tốc

độ quay của bánh bơm và bánh tuabin

- Khi chênh lệch lớn về tốc độ quay thì dầu tác động lên mặt trước của cánh stato làm cho stato quay ngược chiều quay của bánh bơm Tuy nhiên, bánh bơm không thể quay ngược chiều lại stato bị khóa bởi khớp 1 chiều Do đó hướng của dòng dầu bị đổi

- Khi chênh lệch nhỏ về tốc độ quay một lượng dầu từ cánh tua-bin chảy vào mặt sau của cánh roto Khi chênh lệch tốc độ ở mức nhỏ nhất thì phần lớn dầu

từ cánh tua-bin sẽ ra tiếp xúc với mặt sau của cánh stato

Trong trường hợp đó các cánh stato sẽ cản dòng dầu Khớp một chiều làm cho stato quay trơn cùng chiều với bánh bơm, và dầu trở về bánh bơm một cách thuận dòng.

Hình 2.16: Chức năng của khớp 1 chiều của stato [1]

 Bộ truyền động bánh răng hành tinh

 Bánh răng hành tinh

 Khái quát

Trong các xe hộp số tự động Toyota 4GR-FSE thì bộ bánh răng hành tinh điều khiển việc giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc

Bộ truyền bánh răng hành tinh gồm các bánh răng hành tinh, các li hợp và phanh.

Bộ truyền bánh răng hành tinh trước và bộ truyền bánh răng hành tinh sau được nối với nhau bằng các li hợp phanh là các bộ nối và cắt công suất Những cụm bánh răng này chuyển đổi vị trí của phần sơ cấp và các phần tử cố định để tạo

ra các tỉ số truyền bánh răng khác nhau và vị trị trung gian

Hình 2.17: Cụm bánh răng hành tinh [3]

 Cấu tạo

Các bánh răng trong bộ truyền bánh răng hành tinh có ba loại: bánh răng

bao, bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời và cần dẫn Cần dẫn nối với trục trung tâm của mỗi bánh răng hành tinh và làm cho các bánh răng hành tinh xoay xung quanh Với các bộ phận nối với nhau kiểu này thì bánh răng hành tinh giống như các nhanh tinh quay quanh mặt trời và do đó chúng được gọi là bánh răng hành tinh.

Thông thường nhiều bánh răng hành tinh được phối hợp với nhau trong bộ bánh răng hành tinh

Hình 2.18: Cấu tạo bánh răng hành tinh [1]

 Nguyên lý vận hành

Bằng cách thay đổi vị trí đầu vào, đầu ra, phần động và phần cố định có thể giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc Các nét chính của các hoạt động đó