Hộp số vô cấp CVT là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ưu điểm, nhược điểm

Hộp số vô cấp (tiếng Anh là Continuously Variable Transmission, viết tắt CVT) là một loại hộp số có thể thay đổi tỷ số truyền liên tục mà không phân theo từng cấp số. Bởi hộp số này tạo nên các tỷ số truyền bằng dây đai và 2 hệ pulley, không phải bằng các bánh răng như các loại hộp số ô tô khác.

Hộp số tự động vô cấp và có cấp đều là hộp số tự động, đều được điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực. Tuy nhiên, hộp số vô cấp khác hộp số có cấp khi một loại không có các cấp số, một loại được phân chia nhiều cấp số như 1, 2, 3, 4…

Cấu tạo hộp số vô cấp CVT

Khác với hộp số tự động (AT) hay hộp số sàn ô tô (MT), hộp số vô cấp không hoạt động dựa trên các cặp bánh răng mà dựa vào hệ thống dây đai truyền cho phép thay đổi liên tục và vô cấp.

Cấu tạo hộp số vô cấp CVT gồm có:

• Dây đai truyền động bằng thép:Được cấu tạo từ các tấm thép mỏng ghép lại với nhau. Dây đai này có thiết kế đặc biệt giúp nó chịu được tải trọng lớn và khả năng mài mòn cao. Chức năng chính của dây đai truyền động là chuyển đổi lực giữa bánh đai chủ động và bánh đai bị động, cho phép duy trì tỷ lệ truyền động thay đổi liên tục. Điều này giúp điều chỉnh tốc độ và lực kéo của xe một cách mượt mà và hiệu quả, mang lại trải nghiệm lái xe êm ái.
• Banh đai trong hộp số vô cấp là một hệ pulley với đường kính có thể thay đổi. Hệ pulley này được cấu tạo từ 2 khối hình nón góc nghiêng 20 độ, có đỉnh nằm đối diện nhau. Một nửa pulley cố định, nửa còn lại có thể trượt trên trục. Do đó 2 nửa pulley này có thể thay đổi khoảng cách tiến gần lại nhau hoặc tách xa nhau.
• Bánh đai chủ động (pulley đầu vào):Nhiệm vụ chính của bánh đai này là tiếp nhận và truyền mô-men xoắn từ động cơ đến các bộ phận khác của hệ thống hộp số. Bánh đai chủ động kết nối trực tiếp với động cơ và có chức năng chuyển đổi mô-men xoắn thành lực truyền động cho hệ thống hộp số. Khi động cơ hoạt động, bánh đai chủ động sẽ quay, kéo theo dây đai truyền động bằng thép để truyền lực sang bánh đai bị động. Cấu tạo của bánh đai chủ động thường là dạng hình nón với khả năng điều chỉnh đường kính, cho phép thay đổi tỷ lệ truyền động liên tục.
• Bánh đai bị động (pulley đầu ra): chức năng chính của bánh đai bị động là tiếp nhận lực từ dây đai thép do bánh đai chủ động truyền tới. Sau đó truyền lực này đến các bộ phận khác của hộp số, cuối cùng dẫn đến các bánh xe. Khi bánh đai chủ động quay, bánh đai bị động sẽ quay theo. Từ đó truyền lực một cách liên tục và hiệu quả, điều chỉnh tốc độ di chuyển của xe tùy thuộc vào yêu cầu vận hành. Bánh đai bị động được thiết kế với cấu trúc hình nón và khả năng thay đổi đường kính tương tự như bánh đai chủ động.

Nguyên lý hoạt động của hộp số CVT

Đối với số tiến

Khi người lái cài số tiến, hệ thống Puly sẽ được điều khiển bởi hệ thống thủy lực. Thủy lực sẽ giúp cho 2 nửa Puly (bánh đai) bị động và chủ động trượt lên xuống, khi 2 nữa Puly bắt đầu tiến lại gần nhau bán kính của Puly sẽ tăng lên, khi đó dây đai sẽ được nâng xa khỏi tâm và ngược lại, khi 2 nửa Puly tách ra xa nhau thì bán kính của hệ Puly sẽ giảm xuống và lúc này dây đai sẽ nằm giữa 2 nửa Puly và gần tâm hơn. 

Việc bán kính của 1 Puly tăng lên khiến cho bán kính của Puly còn lại giảm xuống sẽ giúp cho dây đai luôn bám chặt vào và kết nối liên tục với 2 Puly. Tóm gọn lại, tỷ số truyền của hộp số hoàn toàn phụ thuộc vào sự tăng / giảm bán kính của 2 Puly chủ động và bị động.

Đối với “số thấp” (Low Gear): Bán kính của Puly chủ động sẽ nhỏ lại và bán kính của Puly bị động sẽ giảm lại tạo ra được “số thấp”

Đối với “Số cao” (High Gear): Bán kính của Puly chủ động sẽ lớn hơn bán kính của Puly bị động tạo ra “số cao”. 

Tên gọi hộp số vô cấp CVT cũng bắt nguồn từ việc 2 hệ Puly bị bộ điều khiển thủy lực làm cho thay đổi bán kính liên tục giúp cho “tỷ số truyền” bị biến thiên liên tục không có cấp độ. 

Đối với số lùi

Đối với “số lùi” trong hộp số vô cấp, nhà sản xuất sẽ lắp thêm 1 bánh răng hành tinh trước đầu vào của hệ truyền đai và bộ ly hợp giống như hộp số tự động (AT). Sau đó, các đầu ra sẽ tự động kết nối với bánh răng mặt trời trong bộ bánh răng hành tinh và đầu vào sẽ chủ động kết nối với cần dẫn của các bánh răng hành tinh tạo ra “số lùi”.

Đối với “số tiến” bình thường,  động cơ sẽ tự động dẫn động các bánh răng mặt xoay dẫn động các bánh răng hành tinh quay cùng chiều, đồng thời cần dẫn cũng sẽ quay để truyền lực vào Puly chủ động. 

Giải thích các ký hiệu trên hộp số CVT

Ký hiệu hộp số CVT khá giống với ký hiệu số tự động AT với các ký hiệu phổ biến sau:

• P: Chế độ đỗ xe, chỉ sử dụng khi xe đang ở trạng thái dừng hẳn
• R: Chế độ lùi xe
• N: Chế độ tự do, xe ngắt kết nối giữa động cơ và hộp số, thường dùng khi cần đẩy xe hay kéo xe…
• D: Chế độ chạy xe, đây là chế độ chính dùng khi xe chạy

Ưu nhược điểm của hộp số CVT 

Ưu điểm 

• Vận hành đơn giản: một ưu điểm khác của hộp số tự động vô cấp CVT là người lái xe có thể vận hành xe một cách đơn giản và dễ dàng. Cách lái tương tự như hộp số tự động AT. Số vòng tua được tối ưu trong mọi tốc độ di chuyển giúp giảm thất thoát lực so với hộp số tự động thông thường. Nhờ đó xe có được phản hồi nhanh nhạy hơn, mượt mà hơn.
• Hoạt động mượt, không bị giật: do hoạt động dựa trên hệ pulley và dây đai, không phân theo từng cấp số nên hộp số vô cấp CVT có ưu điểm vận hành mượt mà, không bị giật khi chuyển số. Hộp số phản ứng nhanh nhạy khi xe tăng/giảm tốc.
• Tiết kiệm nhiên liệu: hộp số vô cấp có ưu điểm không phân cấp số, có thể thay đổi tỷ số truyền động ở mọi dải tốc độ. Do đó, mức tiêu hao nhiên liệu được tối ưu hơn so các loại hộp số có cấp. Thể hiện rõ nhất khi xe phải tăng giảm tốc liên tục lúc chạy trong thành phố. Chính ưu điểm này mà nhiều mẫu xe đô thị hiện nay đang có xu hướng dần chuyển qua sử dụng hộp số CVT thay vì hộp số tự động AT.

• Chi phí thấp, kích thước nhỏ gọn: hộp số vô cấp CVT có cấu tạo và nguyên lý làm việc đơn giản hơn các loại hộp số có cấp như hộp số sàn, hộp số tự động, hộp số DCT… Do đó, giá thành hộp số CVT thường thấp hơn. Kích thước khá nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ. Đây là lý do vì sao các dòng xe phổ thông giá rẻ hiện nay thường sử dụng hộp số CVT.

Nhược điểm 

• Khó cảm nhận chuyển số: cấu tạo hộp số sàn, hộp số tự động AT hay hộp số DCT… đều có cấp với các bộ bánh răng và ly hợp tương ứng từng cấp số. Do đó khi xe chuyển số cho cảm giác lên số hay xuống số.
• Còn ở hộp số vô cấp CVT, do không phân cấp nên hầu như không có được cảm giác chuyển số. Nhà sản xuất vẫn thiết lập thêm chế độ chuyển số với nhiều cấp số ảo khác nhau. Người lái có thể chuyển qua chế độ số tay hay bán tự động điều chỉnh từ cần số haylẫy chuyển số. Tuy nhiên nhìn chung trải nghiệm sẽ không mấy chân thật. Do đó, dù là các dòng xe cỡ nhỏ nhưng nếu được định hướng theo phong cách lái thể thao thì nhà sản xuất sẽ dùng hộp số AT thay vì CVT.
• Phải thay dây đai định kỳ: hộp số CVT dẫn động bằng dây đai. Sau thời gian sử dụng, dây đai này sẽ bị giãn, trượt… làm giảm hiệu quả hoạt động. Do đó cần phải thay định kỳ. Theo lời khuyên của các hãng xe, nên thay mới hệ thống dây đai sau mỗi 100.000 km để đảm bảo hộp số CVT hoạt động tốt.
• Tiếng ồn lớn: tiếng ồn của hộp số CVT thường khá lớn. Đây vốn là nhược điểm chung thường gặp ở những xe dùng hộp số CVT. Nhưng hiện với các dòng xe sedan, SUV… từ hạng B trở lên, nhà sản xuất thường gia cố thêm cách âm khá kỹ. Nên tiếng ồn từ hộp số không còn quá phiền nhiễu.
• Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa cao: chi phí bảo dưỡng, sửa chữa hộp số CVT nếu bị lỗi hộp sốtrong quá trình sử dụng thường khá cao.
• Không chịu được mô men xoắn cao: đây là yếu điểm lớn nhất của hộp số tự động vô cấp. Do truyền động bằng dây đai nên hộp số CVT không chịu được mô men xoắn cao. Cũng chính vì nhược điểm này mà hộp số CVT chỉ thích hợp với những dòng xe cỡ nhỏ, không hợp dùng cho những xe cần sức kéo lớn, tải nặng, xe thể thao…
• Hộp số vô cấp CVT sử dụng loại dầu nhớt riêng, không dùng chung với dầu hộp số ô tôtự động. Chi phí thay nhớt hộp số vô cấp cũng tương đương hộp số tự động AT.