Hệ Thống điều Khiển Hộp Số Tự động Loại Thuỷ Lực 1 Cấu Tạo Và ...

1.2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc.

Hệ thống điều khiển hộp số tự động nhằm mục đích chuyển hố tín hiệu mức tải động cơ và tốc độ ơtơ thành tín hiệu thuỷ lực trên cơ sở đĩ hệ thống điều khiển thuỷ lực sẽ thực hiện việc đĩng mở các ly hợp và phanh của

bộ truyền hành tinh để tự động thay đổi tỉ số truyền của hộp số phù hợp với các chế độ hoạt động của ơ tơ.

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý của hệ thống điều khiển được mơ tả trên hình sau:

Hình 1.25 Sơđồ hệ thống điều khiển thuỷ lực

Hệ thống điều khiển hộp số tự động bao gồm hệ thống điều khiển thuỷ lực trong đĩ gồm cĩ cácte dầu, bơm dầu để tạo ra áp suất thuỷ lực, các loại van cĩ chức năng khác nhau, các khoang và ống dẫn dầu để đưa dầu đến các ly hợp và phanh trong bộ truyền hành tinh. Hầu hết các van trong hệ thống điều khiển thuỷ lực được bố trí chung trong bộ thân van nằm bên dưới bộ truyền hành tinh (Hydraulic Control Unit). Đây được coi là bộ phận chấp hành của hệ thống điều khiển. Để điều khiển bộ phận chấp hành hoạt động hệ điều khiển hộp số tự động cần cĩ hai tín hiệu được coi là tín hiệu gốc, đĩ là: - Tín hiệu mức tải động cơ: theo độ mở của bướm ga tín hiệu mức tải của động cơ tạo ra áp suất thuỷ lực (cịn gọi là áp suất bướm ga) đưa đến bộ điều khiển thuỷ lực.

- Tín hiệu tốc độ của ơtơ: tín hiệu này được lấy từ van ly tâm được dẫn động từ trục thứ cấp của hộp số. Tuỳ theo tốc độ của ơtơ van ly tâm tạo ra áp suất thuỷ lực (cịn gọi là áp suất ly tâm) cũng được đưa đến bộ điều khiển thuỷ lực. Áp suất ly tâm và áp suất bướm ga làm cho các van chuyển số trong bộ điều khiển thuỷ lực hoạt động. Độ lớn của các áp suất này điều khiển độ dịch chuyển của các van và từ đĩ chúng điều khiển được áp suất thuỷ lực dẫn tới

Với hai tín hiệu gốc trên hộp số tự động cĩ thể hồn tồn tự động chọn tỉ số truyền của hộp số cho phù hợp với điều kiện sử dụng một cách tối ưu. Tuy nhiên nếu sức cản của mặt đường liên tục thay đổi đột ngột trong một phạm vi hẹp khi đĩ hệ điều khiển sẽ làm việc liên tục để thay đổi tỉ số truyền của hộp số điều đĩ khơng cần thiết và khơng cĩ lợi. Vì vậy, sự hoạt động của các van trong hệ điều khiển thuỷ lực cịn phụ thuộc vào sự liên kết điều khiển bằng tay. Liên kết này bao gồm cần và cáp chọn số. Mục đích của liên kết điều khiển bằng tay là để hộp số tự động thay đổi tỉ số truyền trong một dải hẹp phụ thuộc vào mức đặt của cần chuyển số.

Cần chọn chế độ được đặt ở vị trí tương ứng với cần chuyển số ở hộp số thường. Nĩ được nối với hộp số thơng qua cáp hay thanh nối. Tuỳ theo điều kiện đường xá, lái xe cĩ thể chọn chế độ: bình thường, tiến hay lùi, số trung gian hay đỗ xe bằng cách đặt cần chọn chế độ tương ứng với các vị trí này. Thơng thường cĩ các chế độ sau:

“D” (Drive): chế độ bình thường “2” (Second): dải tốc độ thứ hai “L” (Low): dải tốc độ thấp

“N” (Neutral): vị trí trung gian (số 0) “P” (Park): đỗ xe.

“R” : Lùi xe.

Quá trình điều khiển hộp số tự động là dựa vào các tín hiệu điều khiển đã nêu ở trên tác động lên các van điều khiển trên thân van để thực hiện thay đổi số truyền cho phù hợp với từng chế độ làm việc của ơ tơ.

Sơ đồ khối của tồn bộ hệ thống điều khiển thuỷ lực được mơ tả như sau:

Hình 1.27 Sơđồ khối hệ thống điều khiển thuỷ lực

Chức năng của các van chính trong sơ đồ trên như sau:

- Van điều áp sơ cấp: điều chỉnh áp suất thuỷ lực do bơm dầu tạo ra, tạo một áp suất chuẩn làm cơ sở cho các áp suất khác như: áp suất ly tâm, áp suất bơi trơn, áp suất bướm ga;

- Van điều áp thứ cấp: tạo ra áp suất biến mơ và áp suất bơi trơn;

- Van điều khiển bằng tay được dẫn động bằng cần chọn chế độ, nĩ mở khoang dầu đến van thích hợp cho từng tay số;

Van điều biến bướm ga: khi áp suất bướm ga tăng lên vượt quá một giá trị xác định, van này làm giảm áp suất chuẩn do van điều áp sơ cấp tạo ra;

Van điều khiển ly tâm: tạo ra áp suất ly tâm tương ứng với tốc độ ơtơ; Van cắt giảm áp: nếu áp suất ly tâm trở nên cao hơn so với áp suất bướm ga, van này làm giảm áp suất bướm ga (do van bướm ga tạo ra) một lượng nhất định;

Các van chuyển số (1-2, 2-3, 3-4): lựa chọn các khoang (số 1-2), (số 2- 3), (số 3-OD) để cho áp suất chuẩn tác động lên bộ truyền bánh răng hành tinh

Van tín hiệu khố biến mơ (chỉ cĩ ở một số ơtơ): quyết định thời điểm đĩng mở khố biến mơ và truyền kết quả đĩ đến van rơle khố biến mơ;

Van rơle khố biến mơ (chỉ cĩ ở một số ơtơ): chọn các khoang chân khơng cho áp suất biến mơ, nĩ bật hay tắt ly hợp khố biến mơ;

Các bộ tích năng: làm giảm va đập khi các pittơng đĩng mở các ly hợp hoặc phanh hoạt động.

Các loại van trên được tích hợp trên một hay nhiều khối nằm dưới hay bên cạnh hộp số gọi là thân van. Thân van bao gồm một thân van trên, một thân van dưới và một thân van dẫn động bằng tay. Các van cĩ chứa áp suất dầu điều khiển và chuyển dầu từ khoang này sang khoang khác.

Sơ đồ cấu tạo và vị trí các van trên thân van được thể hiện dưới hình sau:

Hình 1.29b Cấu tạo thân van

Thân van được chế tạo từ hợp kim nhơm, rất dẻo. Mặt trên và dưới là các rãnh dầu. Các rãnh dầu được sắp xếp thành các mạch dầu rất tinh vi. Khi lắp ráp các bề mặt ghép phải bảo đảm kín tuyệt đối để tránh rị rỉ dầu ra ngồi và lẫn sang nhau. Trong trường hợp khơng cần thiết, khơng cho phép tháo rời thân van. Việc kiểm tra, thay thế thực hiện bằng phương pháp chẩn đốn và cĩ chuyên gia hỗ trợ. 1.2.3.2 Các bộ phận chính của hệ thống điều khiển thuỷ lực Bơm dầu. Hình 1.30 Bơm dầu 1. Vỏ bơm; 2. Bánh răng cĩ răng trong; 3. Trục chủđộng; 4. Đĩa phân chia dầu; 5. Bánh răng cĩ răng ngồi.

Bơm dầu thường được lắp trên vách ngăn giữa biến mơ men và hộp số hành tinh, được dẫn động nhờ trục của bánh bơm.

Trên xe TOYOTA thường sử dụng loại bơm bánh răng ăn khớp trong lệch tâm như hình sau:

tạo nên giữa các bề mặt răng tăng dần thể tích, tương ứng với quá trình hút. Tiếp theo, khoang dầu bị thu hẹp thể tích và tăng áp suất. Quá trình bơm xảy ra liên tục và dầu cĩ áp suất được cung cấp cho hệ thống thuỷ lực.

Bộđiều áp

Bộ điều áp hay van điều áp được đặt sau bơm dầu trên mạch phân nhánh của đường dầu chính, gồm cĩ: con trượt, một đầu tựa vào lị xo, đầu kia chịu áp lực của dầu trên mạch chính. Sự cân bằng của lực do áp suất dầu và lị xo sẽ ảnh hưởng đến sự di chuyển của con trượt. Khi áp suất dầu tăng cao quá, sẽ đẩy con trượt theo hướng ép lị xo lại. Cịn khi áp suất dầu nhỏ, lực lị xo sẽ đẩy con trượt ngược lại. Trên thân hay vỏ con trượt cĩ đường dầu cung cấp cho biến mơ men và đường dầu hồi về trước bơm. Nguyên lý của bộ điều áp như sau:

Hình 1.31 Bộđiều áp

Khi áp suất dầu cịn nhỏ, con trượt nằm ở vị trí khơng cấp dầu cho biến mơ men ( hình 134.a). Khi áp suất dầu đủ lớn, con trượt sẽ di chuyển mở đường dầu cấp cho biến mơ men ( hình 1.34.b). Khi áp lực dầu quá cao, con trượt sẽ di chuyển nhiều hơn, đĩng bớt đường dầu cấp cho biến mơ men, đồng thời mở thơng đường dầu hồi (hình 1.34.c). Do đĩ áp suất dầu của hệ thống

khơng tăng được nữa và quá trình diễn biến xảy ra liên tục nhằm duy trì áp suất dầu ở trong một khoảng giá trị xác định.

Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu chuyển số từ động cơ, kí hiệu TV (Throttle Valve)

Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu chuyển số này nhận tín hiệu trạng thái tải của động cơ thơng qua sự thay đổi độ chân khơng ở cổ hút của động cơ chuyển thành sự thay đổi áp suất thuỷ lực đưa vào cơ cấu van kiểu con trượt chuyển số.

Hình 1.32 Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu từđộng cơ

1. Thân van; 2. Con trượt; 3. Thanh nối; 4. Màng cao su; 5. Buồng; 6. Ống nối; 7. Lị xo; 8. Đường dầu ra; 9. Đường dầu vào.

Khi động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ, bướm ga mở nhỏ, độ chân khơng sau cổ hút lớn, áp suất khí trời đẩy màng cao su 4 sang bên phải và nén lị xo 7 lại, đồng thời dịch chuyển con trượt 2 sang bên phải để hạn chế hay đĩng hẳn đường dầu 9 cấp cho con trượt chuyển số làm cho áp suất dầu sau con trượt bị giảm ( hình 1.35.a). Ngược lại, nếu động cơ làm việc ở chế độ tải lớn, bướm ga mở to, độ chân khơng sau cổ hút nhỏ, lị xo 7 đẩy màng cao su sang bên trái làm cho con trượt mở lớn đường dầu 9, tạo điều kiện đưa dầu áp suất cao qua đường dầu 8 tới van dạng con trượt chuyển số ( hình 1.35.b).

Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu chuyển số từ tốc độ của ơ tơ, kí hiệu GV (Governor Valve)

Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu số này nhận tín hiệu tốc độ chuyển động của ơ tơ thơng qua bộ quả văng ly tâm đặt tại trục ra của hộp số chuyển thành sự thay đổi áp suất thuỷ lực đưa vào bộ van dạng con trượt chuyển số.

Hình 1.33 Bộ van li tâm

1. Trục quay của lẫy; 2. Lị xo; 3. Lẫy; 4,5. Quả văng; 6. Lỗđầu ra ; 7. Lỗđầu vào; 8. Thân van; 9. Con trượt.

thấp, do tác dụng của li tâm, các quả văng sẽ dịch chuyển xa đường tâm quay, làm lẫy 3 đẩy con trượt 9 sang phải làm mở nhỏ đường dầu vào 7, áp suất dầu ra qua lỗ 6 tăng lên. Khi ơtơ chuyển động với tốc độ cao, các quả văng càng di chuyển xa trục quay và làm con trượt 9 mở lớn đường dầu vào 7 để tăng áp suất dầu ra qua lỗ 6. Như vậy, nhờ bộ chuyển đổi số này, áp suất dầu điều khiển sau van GV tăng cùng với tốc độ chuyển động của ơ tơ.

Bộ van mởđường dầu chuyể số, kí hiệu MV (Manual Valve)

Bộ van mở đường dầu chuyển số (MV) được điều khiển trong buồng lái thơng qua cần chọn số và xác định vị trí các số truyền cho phép, hoặc giới hạn các số truyền chuyển số tự động.

Bộ van này gồm cĩ: thân xi lanh 5 và van con trượt 12. Con trượt cĩ nhiều bậc tương ứng với các lỗ dầu cung cấp tới các cơ cấu chấp hành hay phần tử điều khiển. Nĩ được điều khiển nhờ dây cáp hay thanh kéo từ cần chọn số trong buồng lái. Khi di chuyển con trượt này sẽ đĩng hay mở các đường dầu liên quan đến các đường dầu điều khiển. Vì vậy hộp số chỉ hoạt động ở các số truyền cĩ đường dầu cung cấp.

Hình 1.34 Bộ van mởđường dầu chuyển số

1. Đường dầu tới li hợp khố số 2-3; 2. Đường dầu từ bộđiều áp đến;

3. Đường dầu về bộđiều áp; 4. Đường dầu tới li hợp khố L,R; 5. Thân van; 6.Đường dầu tới biến mơ men; 7. Đường dầu tới li hợp khố L,R;

8. Đường dầu tới li hợp khố R; 9,11,13. Đường dầu hồi; 12. Con trượt.

Bộ van chuyển số bao gồm: con trượt, đầu trên tì vào lị xo, đầu dưới chịu áp lực của dầu từ bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu chuyển số từ GV đến. Trên thân van cĩ nhiều đường dầu vào hoặc ra (từ TV, MVđến hoặc đi tới li hợp khố, …).

Bộ van thuỷ lực chuyển số này cĩ hai trạng thái làm việc như sau: - Trạng thái tăng số: áp lực dầu thể hiện tốc độ chuyển động của ơ tơ lớn, cịn áp lực dầu thể hiện chế độ làm việc của động cơ lớn, con trượt dịch chuyển đi xuống đĩng đường dầu tới li hợp khố, thực hiện tăng số truyền lên số cao hơn (hình 2.35.a).

- Trạng thái giảm số: áp lực dầu thể hiện tốc độ chuyển động của ơ tơ lớn, cịn áp lực dầu thể hiện chế độ làm việc của động cơ nhỏ, con trượt chuyển số dịch chuyển đi lên, mở đường dầu tới li hợp khố, thực hiện giảm số truyền xuống số thấp hơn (hình 2.35b).

Hình 1.35 Các trạng thái làm việc của van chuyển số

Bộ tích năng giảm chấn.

Bộ tích năng giảm chấn cĩ tác dụng giảm xung lực sinh ra khi bắt đầu cấp dầu cho các xi lanh thuỷ lực điều khiển li hợp khố hoặc phanh dải.

Cơng tắc chọn chế độ hoạt động

Cơng tắt chọn chế độ hoạt động cho phép người lái chọn chế độ hoạt động mong muốn (bình thường hay tải nặng).

Hình 1.36 Cơng tắc chọn chếđộ hoạt động

ECT ECU chọn sơ đồ chuyển số, khố biến mơ và chế độ hoạt động đã chọn. ECT ECU cĩ cực PWR nhưng khơng cĩ cực NORMAL. Khi chọn chế độ hoạt động, điện áp 12V được cấp lên cực PWR và ECT ECU nhận biết rằng đã chọn chế độ POWER. Khi chọn chế độ NORMAL, điện áp 12V khơng được cấp lên cực PWR nữa và ECT ECU biết rằng đã chọn chế độ NORMAL.

Chế đơ hoạt động Điện áp cực PWR NORMAL 0V

POWER 12V

Các tiếp điểm của cơng tắc này cũng được sử dụng để bật một trong các đèn báo vị trí của cơng tắc để báo cho người lái biết chế độ hoạt động.

Cơng tắc khởi động số trung gian

ECT ECU nhận thơng tin về số đang gài từ cảm biến vị trí gài số được gắn trong cơng tắc khởi động trung gian, sau đĩ xác định chế độ gài số tương ứng. GND PWR PWR NORM Từ ắc quy Đèn báo chếđ ộ lái Chếđ ộ lái

Hình 1.37 Sơđồ mạch khởi động số trung gian

Các cực được nối điện với nhau

Trong ECT, cơng tắt khởi động số trung gian cĩ tiếp điểm cho mọi vị trí số. Nếu cực N, 2 hay L của ECU được nối với cực E, ECU xác định được rằng hộp số đang ở hoặc ở số N, 2 hay L.

Nếu khơng cĩ cực nào trong các cực N, 2 hay L được nối với cực E, ECU xác định rằng hộp số đang ở số D.

Chú ý:

Ở số P, D và R, cơng tắc khởi động số trung gian khơng gửi các tín hiệu để báo cho ECU về vị trí cần số. Ở một vài kiểu hộp số, cơng tắc khởi động số trung gian gửi các tín hiệu ở số R.

Hình 1.38 Cơng tắc khởi động số trung gian.

Tiếp điểm của cơng tắc này cũng được sử dụng để bật trong các đèn báo vị trí cần số, báo cho người lái biết vị trí cần số hiện tại.

Trang thái đĩng – mở của mỗi tiếp điểm được cho ra như bảng dưới.

Công tắc máy P R N D 2 L R P N 2 L B IG ST Đèn báo vị trí cần số ECT ECU N D 2 L Cơng tắc máy Đèn báo vị trí cần số

Cảm biến vị trí bướm ga Cổ họng hút SỐ B NB E P R N D 2 L P R N D 2 L

: Các cực được nối điện với nhau Chú ý:

Nếu tín hiệu ECT ECU khơng bình thường, ECU sẽ phản ứng như sau:

Hở mạch tín hiệu “2”: Khi ở vị trí “2”, ECU chuyển sơ đồ cho vị trí D. Tuy

nhiên do cách chế tạo mạch thủy lực, hộp số chỉ được gài lên số 3.

Hở mạch tín hiệu “L”: Khi ở vị trí “L”, ECU chọn vị trí gài cho vị trí D. Tuy

nhiên do cách chế tạo mạch thủy lực chỉ được gài lên số 2.

Hở mạch tín hiệu “N”: Từ “N” sang “D” khơng cĩ điều khiển chống nhấc