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

Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu hộp số vô cấp CVT là gì, sơ đồ, các bộ phận cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm và ứng dụng thực tế, kèm hình ảnh minh họa chi tiết.

Hộp số CVT là gì?

Bạn có thể thích

Với hộp số vô cấp CVT, bạn có thể chuyển đổi tỷ số truyền một cách mượt mà khi lái xe, trong khi các hộp số cơ khí truyền thống chỉ có số lượng tỷ số truyền cố định và yêu cầu phải chuyển số theo cấp.

Tên gọi CVT (Continuously Variable Transmission) xuất phát từ khả năng thay đổi liên tục đường kính của các puly nhằm phù hợp với tốc độ khác nhau, đóng vai trò truyền công suất quay từ trục này sang trục khác.

Hệ thống này gồm hai thành phần chính: puly chủ động và puly bị động, được kết nối bằng dây đai truyền động. Tuy nhiên, hộp số CVT gặp khó khăn khi phải xử lý mô-men xoắn lớn trong một số ứng dụng ô tô.

Với thiết kế không cần chuyển số, hộp số vô cấp CVT giúp duy trì tốc độ góc không đổi bất kể tốc độ đầu ra, đồng thời cải thiện hiệu quả nhiên liệu và khả năng tăng tốc mượt mà hơn.

Hộp số CVT còn được gọi là hộp số đơn cấp, hộp số không cấp hoặc hộp số truyền động liên tục. Chúng thường thấy trong ô tô, máy kéo, xe tay ga, xe địa hình, xe đạp, xe trượt tuyết và máy móc thi công đất.

Lịch sử phát triển của hộp số CVT

Hộp số CVT đã tồn tại từ hàng thế kỷ trước – Leonardo Da Vinci đã phác thảo thiết kế CVT đầu tiên vào năm 1490, nhưng đến năm 1886 Daimler và Benz mới được cấp bằng sáng chế.

CVT đạt được sự phổ biến vào năm 1910 nhờ hãng xe máy Zenit, nhưng vì quá hiệu quả nên hộp số này bị cấm sử dụng trong các cuộc thi leo đồi.

Đến cuối thập niên 1980, hộp số CVT trở nên phổ biến nhờ sự phát triển của Subaru. Ngày nay, CVT là một tính năng có mặt trong hầu hết các mẫu xe mới của nhiều hãng sản xuất.

Các bộ phận chính của hộp số CVT

Hộp số vô cấp CVT gồm những bộ phận chính sau:

1. Puly và trục

Trong hộp số truyền thống, bánh răng đóng vai trò truyền công suất từ động cơ đến bánh xe. Tuy nhiên, với CVT, bánh răng được thay thế bằng các puly hình nón.

Puly chủ động (Primary Pulley): kết nối trực tiếp với trục khuỷu động cơ.
Puly bị động (Secondary Pulley): kết nối với trục truyền động đến bánh xe.

Mỗi puly bao gồm một bán puly cố định và một bán puly di động, thay đổi khoảng cách để điều chỉnh đường kính làm việc, từ đó cho phép vô số tỷ số truyền.

2. Dây đai truyền động

Dây đai đẩy (Push Belt) trong hệ thống CVT dùng để truyền mô-men từ puly chủ động đến puly bị động. Có hai loại dây đai chính:

Dây đai cao su hình chữ V: linh hoạt, thường sử dụng trên xe tay ga.
Dây đai thép: bền chắc, cấu tạo bởi các phần tử thép nhỏ và vòng thép mỏng, phổ biến trên ô tô sử dụng CVT.

Nguyên lý hoạt động của hộp số CVT

Khác với hộp số tự động hoặc số sàn phải chuyển giữa các cấp số cụ thể, hộp số CVT hoạt động dựa trên sự thay đổi liên tục đường kính puly để tạo ra vô số tỷ số truyền.

Khi xe cần mô-men lớn (lúc bắt đầu chuyển động), puly chủ động thu nhỏ lại và puly bị động mở rộng ra, tăng mô-men truyền xuống bánh xe.
Khi xe tăng tốc, puly chủ động nở ra và puly bị động thu nhỏ lại, tạo điều kiện cho xe đạt tốc độ cao hơn với mô-men nhỏ hơn.

Chuyển động của bán puly (Sheave Movement)

Bán puly di động di chuyển nhờ lực ly tâm tác động lên các con lăn bên trong, giúp điều chỉnh tự động đường kính puly theo vòng tua động cơ (RPM).

Các loại hộp số CVT

1. D-CVT (Dual CVT)

Có thêm bộ bánh răng hành tinh và ly hợp hỗ trợ.
Hoạt động như CVT thông thường ở tốc độ thấp và trung bình.
Ở tốc độ cao, chuyển sang chế độ bánh răng nhằm tăng hiệu suất truyền động.

2. Direct Shift-CVT

Trang bị bánh răng khởi động (launch gear) như cấp số 1 ở hộp số thường.
Cải thiện khả năng tăng tốc từ vị trí đứng yên.

3. eCVT

Dùng trong hệ thống hybrid của Toyota (Hybrid Synergy Drive).
Sử dụng động cơ xăng kết hợp hai động cơ điện và bộ chia công suất (Power Split Device).

4. Toroidal CVT

Sử dụng đĩa và con lăn thay cho puly và dây đai.
Cho phép tạo ra vô số tỷ số truyền mượt mà.

Ưu điểm của hộp số CVT

Mang lại cảm giác lái êm ái hơn so với hộp số truyền thống.
Tối ưu hiệu suất nhiên liệu ở mọi điều kiện vận hành.
Không cần tìm số khi leo dốc.
Giảm lượng khí thải nhờ kiểm soát động cơ hiệu quả hơn.
Tối ưu hóa công suất động cơ trong điều kiện đô thị.

Nhược điểm của hộp số CVT

Khả năng chịu mô-men xoắn thấp do giới hạn của dây đai.
Tuổi thọ ngắn hơn hộp số thường.
Chi phí sửa chữa cao hơn do cấu trúc phức tạp.
Có thể gây tiếng ồn trong quá trình vận hành.

Dấu hiệu hỏng hộp số CVT

Nhiệt độ cao bất thường, có mùi khét.
Rò rỉ dầu hộp số (dầu đỏ, có mùi ngọt).
Tiếng ồn lạ khi xe ở chế độ N.
Mất gia tốc đột ngột, đặc biệt khi quá nhiệt.

So sánh hộp số CVT và hộp số tự động thông thường

Tiêu chí	CVT	Hộp số tự động
Cấu tạo	Dây đai và puly, tỷ số truyền vô cấp	Bánh răng với tỷ số cố định
Trải nghiệm lái	Mượt mà, không giật số	Có thể giật khi chuyển số
Hiệu quả nhiên liệu	Cao hơn, đặc biệt trong đô thị	Thấp hơn do tổn thất truyền động
Bảo dưỡng	Ít bộ phận chuyển động, chi phí bảo trì thấp	Phức tạp hơn, chi phí cao hơn
Ứng dụng	Chủ yếu xe cỡ nhỏ	Đa dạng từ xe nhỏ đến SUV