Ly hợp khóa
Trong phần lớn thời gian hoạt động, biến mô không bao giờ đạt được sự phù hợp về tốc độ giữa bánh công tác và tuabin. Ở tốc độ hành trình, biến mô chỉ có thể truyền khoảng 85% công suất động cơ đến hộp số. Điều này có nghĩa là có rất nhiều công suất bị mất trong biến mô, bị phân tán dưới dạng nhiệt. Để nâng cao hiệu quả của nó, các nhà sản xuất đã thêm một ly hợp khóa vào biến mô.
Ly hợp Biến mô (Torque Converter Clutch – TCC) khóa động cơ với hộp số bằng cách kết nối bánh công tác với tuabin thông qua ly hợp ướt. Bằng cách này, hiện tượng trượt biến mô được loại bỏ và tăng hiệu suất. Một ưu điểm khác là nhiệt lượng tản vào chất lỏng hộp số tự động được giảm đáng kể.
Có một số cách để khóa ly hợp biến mô. Những khác biệt này là chức năng của mạch thủy lực điều khiển hoạt động ly hợp.
Tùy thuộc vào số lượng đường dẫn (cổng) dầu để điều khiển dòng dầu qua ly hợp biến mô, có một số loại bộ biến mô:
- Biến mô hai đường dẫn (2-pass)
- Biến mô ba đường dẫn (3-pass)
- Biến mô bốn đường dẫn (4-pass)
Biến mô hai đường dẫn (2-pass)
Loại biến mô phổ biến nhất là biến mô hai đường dẫn (cổng). Trong loại này, ly hợp biến mô được kích hoạt bằng cách đảo chiều dòng chảy của chất lỏng hộp số tự động (ATF) qua biến mô.
Trong hệ thống truyền động của ly hợp biến mô hai đường dẫn (như trong các hình trên), ly hợp khóa được lắp trên trục tuabin, phía trước tuabin. Lò xo giảm chấn hấp thụ các dao động xoắn trong quá trình khớp ly hợp để ngăn chặn sốc xung động. Vật liệu ma sát được áp dụng trên piston khóa là loại vật liệu giống như vật liệu được sử dụng trên đĩa ly hợp nhiều lá (multiplate clutch) trong hộp số tự động.
Việc khớp và ngắt ly hợp khóa phụ thuộc vào hướng chất lỏng đi vào bộ biến mô. Chất lỏng hộp số tự động (dầu AT) có thể đi vào thông qua phía trước của ly hợp khóa hoặc giữa bánh công tác và tuabin, phía sau ly hợp. Bằng cách kiểm soát áp suất phía sau và phía trước ly hợp, chúng ta kiểm soát việc khớp và ngắt ly hợp khóa.
Trong một số ứng dụng, chất lỏng truyền động được sử dụng để điều khiển ly hợp khóa biến mô cũng được sử dụng để loại bỏ nhiệt từ biến mô và truyền nó đến hệ thống làm mát động cơ chính thông qua nhiệt trao đổi trong bộ tản nhiệt.
Việc điều khiển áp suất dầu trong ly hợp khóa được thực hiện thông qua hai van: van rơ le và van tín hiệu. Trong kiểu sắp xếp này, van tín hiệu điều khiển áp suất ở một bên của van rơ le, van này sẽ điều khiển áp suất trong ly hợp khóa. Theo mặc định, cả hai van được giữ ở vị trí bằng lò xo, để ly hợp ở vị trí ngắt và biến mô được mở khóa.
Khi đường áp suất cao hơn được đưa vào phần dưới của van tín hiệu, nó sẽ di chuyển lên và kết nối đường áp suất với đầu dưới của van rơ le. Điều này làm cho van rơ le di chuyển lên và cấu hình lại mạch dòng dầu sao cho áp suất được đặt vào mặt sau của ly hợp và tác động vào nó. Để ngắt ly hợp, áp suất được loại bỏ khỏi đầu dưới của van tín hiệu và mạch dầu thay đổi về cách bố trí ban đầu, áp suất này sẽ tạo áp suất phía trước ly hợp để ngắt nó.
Biến mô hiện đại có điều khiển điện tử hoạt động của ly hợp. Áp suất trong ly hợp biến mô được điều chỉnh thông qua một van điều chỉnh chính được dẫn động bằng điện từ (xem hình trên).
Khi solenoid điện từ được cung cấp năng lượng, đường áp suất tác động lên phía bên phải của van điều chỉnh sẽ thấp do chất lỏng thoát ra phía đường xả. Ở trạng thái này, van điều chỉnh sẽ được đặt ở bên phải và dầu sẽ chảy qua mặt trước của ly hợp, giữ cho nó luôn mở. Việc ngắt điện từ làm tăng áp suất ở bên phải của van điều chỉnh, áp suất này sẽ di chuyển sang bên trái. Thao tác này sẽ cấu hình lại mạch dầu theo cách mà dầu sẽ chảy qua phía sau ly hợp, đóng nó lại.
Khi ly hợp biến mô được đóng, bánh công tác được liên kết cơ học với tuabin và công suất động cơ được truyền đến hộp số mà không có tổn thất trong bộ biến mô.
Biến mô ba đường dẫn
Với bộ biến mô ba đường dẫn, hai đường dẫn được sử dụng cho dầu hộp số (ATF) chảy qua biến mô và để làm mát ly hợp, trong khi đường dẫn thứ ba được sử dụng độc lập để điều khiển khóa và mở khóa ly hợp.
Công suất truyền lực của ly hợp biến mô phụ thuộc vào một số đặc tính:
- Diện tích của piston nơi áp suất dầu AT được áp dụng
- Bán kính hiệu dụng của vật liệu ma sát
- Số lượng bề mặt ma sát
- Hệ số ma sát của vật liệu ma sát và thép
- Áp suất dầu AT thực tế áp dụng cho piston ly hợp
Trong khi các đặc tính hình học và vật liệu của ly hợp là cố định, áp suất dầu có thể được điều chỉnh để kiểm soát vị trí, trạng thái của ly hợp. Trạng thái của ly hợp biến mô có thể là:
- Mở
- Đóng (khóa)
- Trượt
Trạng thái của ly hợp phụ thuộc vào bướm ga (tải động cơ) và tốc độ động cơ. Nói chung, ở tốc độ động cơ thấp, ly hợp biến mô mở, trong khi ở tốc độ động cơ cao, ly hợp đóng. Ly hợp được duy trì ở trạng thái trượt thường ở tốc độ động cơ và tải trung bình thấp.
Trong một biến mô lý tưởng, công suất truyền của ly hợp và độ trượt của nó có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát áp suất dầu tác dụng. Điều này không thể xảy ra ở bộ biến mô thực do có một số yếu tố gây nhiễu, làm phức tạp quá trình điều khiển sự trượt ly hợp. Các yếu tố gây nhiễu này là:
- Sự giảm áp suất trên vật liệu ma sát: trong bộ biến mô hai đường dẫn, vật liệu ma sát được dùng để truyền mô men xoắn và cũng là thành phần làm kín đường kính ngoài của piston; để làm nguội ly hợp, một mô hình rãnh thường được ép vào vật liệu ma sát; Khi dầu AT chảy qua các rãnh từ phía có áp suất cao của pít-tông đến phía có áp suất thấp, nó sẽ bị giảm áp suất; Độ lớn của sự giảm áp suất này phụ thuộc vào dạng hình học của rãnh, độ đặc của bề mặt ma sát, nhiệt độ và tốc độ trượt.
- Tốc độ tuyệt đối của hệ thống: sau khi dầu truyền động chảy qua các rãnh vật liệu ma sát trong biến mô hai đường dẫn, nó phải được vận chuyển hướng tâm từ đường kính ngoài của biến mô vào bên trong theo hướng trục đầu vào của hộp số; vì toàn bộ hệ thống đang quay, các hạt chất lỏng phải chịu lực Coriolis trên đường vào bên trong, dẫn đến sự hình thành dòng xoắn ốc phía trước trục đầu vào của hộp số; điều này dẫn đến áp suất ngược làm giảm áp suất hiệu quả lên piston.
- Sự thay đổi áp suất hệ thống: sự dao động trong áp suất nạp của biến mô ảnh hưởng đến phía áp suất cao của piston trong hệ thống hai đường dẫn và phía áp suất thấp của piston trong hệ thống ba đường dẫn.
- Vi sai tốc độ (trượt): trong điều kiện mở hoặc trượt, hệ thống hai và ba đường dẫn có các bộ phận như giảm chấn, tuabin hoặc nắp ở hai bên của piston đang quay với tốc độ khác nhau; các thành phần này chi phối tốc độ quay trung bình của ATF ở hai bên của piston, dẫn đến lực ly tâm khác nhau, tạo ra một áp suất tương đối trên piston.
Biến mô bốn đường dẫn
Các yếu tố gây nhiễu 1 và 2 có thể được trung hòa phần lớn bằng hệ thống ba đường dẫn. Các yếu tố nhiễu còn lại cũng có thể được cải thiện đáng kể trong hệ thống ba đường dẫn hoặc được bù bằng phần mềm hiệu chuẩn trong hộp số. Tuy nhiên, để có thể bù đắp hoàn toàn tất cả các yếu tố mà không cần yêu cầu phần mềm bổ sung, cần có một nguyên tắc khác: biến mô bốn đường dẫn. Như tên cho thấy, đây là một biến mô với bốn cổng thủy lực.
Giống như hệ thống ba đường dẫn, hai trong số các đường dẫn được sử dụng cho dòng chảy qua biến mô và đường dẫn thứ ba dùng để điều khiển ly hợp. Tính năng độc đáo của biến mô bốn đường dẫn là đường dẫn thứ tư bổ sung, cung cấp một buồng bù áp. Điều này dẫn đến điều kiện tốc độ chất lỏng giống hệt nhau ở cả hai phía của piston.
Lực ly tâm động của ATF là giống hệt nhau trên cả hai mặt của piston vì đường kính bên ngoài của con gioăng đệm khoang kích hoạt và bù là giống nhau. Điều này có nghĩa là áp suất piston không phụ thuộc vào tốc độ trượt và hơn nữa, các khoang áp suất của ly hợp được bảo vệ khỏi sự thay đổi áp suất của hệ thống, tức là khỏi sự dao động của áp suất nạp.
Solenoid điện từ Ly hợp
Biến mô hiện đại sử dụng điều khiển thủy lực điện cho ly hợp khóa. Mạch thủy lực khóa/mở ly hợp biến mô được quản lý bằng cách sử dụng van thủy lực. Các van được kích hoạt trực tiếp hoặc gián tiếp bằng các solenoid điện từ tương ứng.
Solenoid điện từ là một thiết bị truyền động điện tuyến tính. Khi được cung cấp năng lượng (năng lượng điện), nó sẽ đẩy hoặc kéo một thanh được kết nối với van thủy lực. Có nhiều loại solenoid điện từ khác nhau được sử dụng để điều khiển ly hợp biến mô, nhưng nguyên lý làm việc về cơ bản là giống nhau.
Solenoid điện từ có hai đầu nối điện, điện áp cộng (+) và nối đất (-). Nó thường được cấp điện bởi hệ thống điện 12 V của xe và được điều khiển bởi mô-đun điều khiển truyền động (TCM).
