Bộ ly hợp ô tô: cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động

Bộ ly hợp ô tô: cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động

Hệ thống truyền lực của ô tô có chức năng truyền và phân phối mô-men và công suất từ động cơ đến các bánh xe chủ động, làm thay đổi mô-men và chiều quay của bánh xe theo yêu cầu. Hệ thống truyền lực của ô tô bao gồm ly hợp, hộp số, trục các đăng, cùng với các bộ phận lắp trên cầu chủ động như bộ truyền lực chính, vi sai, bán trục.

1. Bộ ly hợp ô tô là gì?

Ly hợp được lắp giữa động cơ và hộp số, thường được lắp cùng với bánh đà của động cơ, là bộ phận truyền hoặc ngắt động lực từ động cơ đến hệ thống truyền lực

Trong toàn bộ quá trình từ lúc xe khởi động đến lúc xe chạy bình thường, lái xe có thể dựa trên thao tác đối với ly hợp làm cho động cơ và hệ thống truyền lực dần nối với nhau, hoặc tạm thời tách ra khỏi nhau, với mục đích truyền hoặc ngắt công suất mà động cơ truyền cho hệ thống truyền lực. Xem thêm nguyên nhân và cách sửa bộ ly hợp không phân ly triệt để.

2. Công dụng của bộ ly hợp ô tô

Bộ ly hợp ô tô cần phải thực hiện được những nhiệm vụ sau:

– Ly hợp phải có nhiệm vụ làm cho động cơ và hộp số dần kết nối với nhau, từ đó đảm bảo việc nối động cơ với hệ thống truyền lực diễn ra êm dịu.

– Ly hợp có thể tạm thời cắt đứt liên hệ giữa động cơ và hộp số, để giảm bớt sốc và giật khi sang số, cài số.

– Khi xe phanh gấp, ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn, tránh quá tải cho hộp số và động cơ.

3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ly hợp ma sát

Ly hợp ô tô có nhiều loại khác nhau như ly hợp điện từ, ly hợp ma sát và ly hợp thủy lực. Trong đó ly hợp ma sát là loại ly hợp được sử dụng rộng rãi nhất, có lịch sử lâu đời nhất.

Ly hợp ma sát gồm 4 thành phần là phần chủ động, phần bị động, cơ cấu điều khiển ngắt ly hợp và cơ cấu nén ép.

Nguyên lý làm việc của ly hợp ma sát như sau:

Khi người lái đạp bàn đạp ly hợp, cơ cấu điều khiển sẽ làm cho đĩa ma sát (thuộc phần bị động) tách khỏi bánh đà (thuộc phần chủ động), giữa bánh đà và đĩa ma sát sẽ có khoảng hở, bánh đà sẽ không làm cho đĩa ma sát (cũng như trục bị động) quay nữa. Lúc đó, ly hợp ở trạng thái ngắt. Khi người lái rời chân khỏi bàn đạp ly hợp, dưới tác dụng của lò xo, phần bị động sẽ trở về vị trí cũ, khiến cho đĩa ma sát áp sát và ăn khớp với bề mặt bánh đà. Lúc đó ly hợp ở trạng thái đóng.

4. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ly hợp lò xo đĩa

Ly hợp ma sát có nhiều loại khác nhau, trong đó ly hợp lò xo đĩa (hay còn gọi là ly hợp lò xo màng) là loại ly hợp điển hình nhất, thích hợp cho các loại ô tô cỡ nhỏ. Thành phần chính của ly hợp lò xo đĩa gồm đĩa ma sát, đĩa ép, lò xo đĩa, nắp ly hợp.

4.1. Cấu tạo của ly hợp lò xo đĩa

4.1.1. Bộ phận chủ động

Bộ phận chủ động của ly hợp lò xo đĩa gồm các thành phần chính là đĩa ép, lò xo đĩa, vòng hãm, càng cắt ly hợp, chốt. Lò xo đĩa được chế tạo từ thép đàn hồi cao.

Phần phía trong có các rãnh dài xẻ hướng tâm và được kết thúc bằng các lỗ tròn tạo điều kiện cho lò xo có khả năng biến dạng tốt, đồng thời tiếp xúc đều với vòng bi cắt ly hợp.

Đầu trong của lò xo được mài lõm tạo nên rãnh tròn nhằm giảm diện tích tiếp xúc với vòng bi và tạo điều kiện kiểm tra độ mòn của mép trong lò xo sau một thời gian làm việc nhất định. Vòng ngoài của lò xo được liên kết với đĩa ép nhờ vòng khóa bằng lò xo.

Phần giữa lò xo liên kết với vỏ ly hợp, cho phép lò xo làm việc như một đòn bẩy có điểm tựa giữa. Lò xo ép ở trạng thái tự do có dạng hình côn (hình nón), khi lắp vỏ ly hợp vào bánh đà, lò xo đã bị biến dạng và tạo nên lực ép ban đầu. Lò xo đĩa đóng vai trò cần bẩy khi ngắt ly hợp, đóng vai trò lò xo ép khi đóng ly hợp.

Chính vì lý do này, khiến cho cấu trúc ly hợp trở nên đơn giản, làm cho kích thước của ly hợp nhỏ đi đáng kể. Bề mặt tiếp xúc giữa đĩa ép và lò xo đĩa là hình tròn, lực nén ép được phân bố đều, làm cho các bề mặt tiếp xúc mài mòn đều. Đầu phía trong của lò xo đĩa, lực bàn đạp ly hợp được giữ ở mức thấp nhất.

Một thành phần khác của bộ phận chủ động là bánh đà, mặt sau của bánh đà là tấm ma sát của đĩa ma sát. Bánh đà được lắp ở phía đuôi trục khuỷu và quay cùng với trục khuỷu.

4.1.2. Bộ phận bị động

Thành phần quan trọng của phần bị động là đĩa ma sát (hay còn gọi là đĩa ly hợp). Đĩa ma sát gồm các thành phần như tấm ma sát, xương đĩa, moay ơ, đĩa giảm chấn.

Tấm ma sát: được làm bằng vật liệu chịu mài mòn và có hệ số ma sát ổn định, được tán vào xương đĩa nhờ các đinh tán đồng tâm. Trên bề mặt tấm ma sát có xẻ rãnh hướng tâm và vòng tròn nhằm tăng khả năng tiếp xúc, tạo nên các rãnh thoát hạt mài, thoát nhiệt ra ngoài.

Xương đĩa: được làm bằng thép đàn hồi, được uốn vênh lượn sóng tạo điều kiện có thể biến dạng nhỏ dọc trục khi làm việc. Nhờ có kết cấu như vậy, xương đĩa có khả năng đàn hồi dọc trục và theo chiều xoắn nên có thể làm êm quá trình đóng mở ly hợp.

Moay-ơ: nằm trực tiếp trên xương của đĩa ma sát, có then hoa di trượt trên trục bị động, phần ngoài của moay-ơ có dạng hoa thị, trên các phần trống có chỗ để lắp lò xo trụ giảm chấn. Ôm ngoài là 2 đĩa giảm chấn được tán trên xương đĩa nhờ đinh tán nhưng cho phép nó dịch chuyển nhỏ đối với moay-ơ. Giữa các đĩa giảm chấn và moay-ơ có các tấm ma sát bị ép chặt nhờ đinh tán. Trên các đĩa giảm chấn có các ô cửa sổ nhỏ lồng vào đó là các lò xo hoặc cao su giảm chấn. Một đầu của lò xo hoặc cao su giảm chấn tỳ vào moay-ơ đầu kia tỳ vào ô cửa sổ tác dụng để giảm chấn trong quá trình hoạt động của ly hợp.

Hiện nay, phần lớn các ô tô đều sử dụng ly hợp có lò xo giảm chấn, với mục đích nâng cao tuổi thọ của hệ thống truyền lực và giúp cho xe lăn bánh êm dịu.

4.1.3. Cơ cấu điều khiển ngắt ly hợp

Cơ cấu điều khiển ngắt ly hợp (tính từ bàn đạp ly hợp đến đầu phía ngoài càng ngắt ly hợp) là cơ cấu giúp người lái có thể tách ly hợp ra khỏi bánh đà, đồng thời giúp ly hợp có thể áp sát và ăn khớp một cách nhẹ nhàng với bánh đà.

Dựa trên cấu trúc và phương thức hoạt động, cơ cấu điều khiển ngắt ly hợp được chia làm cơ cấu điều khiển bằng cơ khí, cơ cấu điều khiển bằng thủy lực và cơ cấu điều khiển bằng hơi. Ở đây, bài viết sẽ trình bày về cơ cấu điều khiển bằng thủy lực.

Cơ cấu điều khiển bằng thủy lực sử dụng dầu làm môi trường truyền lực. Thành phần gồm xilanh chính, xilanh con (hay còn gọi xilanh công tác), ống dẫn dầu.

Cơ cấu điều khiển bằng thủy lực có một số ưu điểm như lực cản ma sát nhỏ, khối lượng nhẹ, cấu trúc bố trí đơn giản, đóng ngắt ly hợp diễn ra êm dịu, hơn nữa không chịu ảnh hưởng của sự biến dạng của khung xe.

Xilanh chính và xilanh con được bố trí nằm giữa bàn đạp ly hợp và càng cắt ly hợp. Hai xilanh này được nối với nhau bằng ống dẫn dầu. Cần đẩy xilanh chính và bàn đạp ly hợp được nối lệch tâm với nhau bằng bu lông. Còn cần đẩy xilanh con và càng cắt ly hợp tiếp xúc với nhau. Khi ly hợp ở trạng thái đóng, bàn đạp ly hợp ở vị trí cao nhất. Dưới tác dụng của lò xo hồi vị, pít tông của xilanh chính ở vị trí ban đầu.

– Khi muốn ngắt ly hợp, người lái đạp bàn đạp ly hợp, cần đẩy sẽ đẩy pít tông của xilanh chính dịch chuyển xuống dưới, bịt kín lỗ thông với bình đựng dầu. Sau khi lỗ dầu bị bịt kín, áp suất dầu trong khoang làm việc của xilanh chính bắt đầu tăng lên, đồng thời thông qua ống dẫn dầu, truyền đến khoang làm việc của xilanh con, làm cho pít tông của xilanh con cùng với càng cắt ly hợp di chuyển, đẩy vòng bi ngắt ly hợp dịch chuyển, khiến ly hợp bị ngắt khỏi động cơ.

– Khi cần đóng ly hợp, thả chân khỏi bàn đạp ly hợp. Dưới tác dụng của lò xo, pít tông của xilanh chính bị kéo về vị trí ban đầu. Dầu với áp suất cao trong đường ống sẽ quay trở về bình chứa dầu, khiến cho áp suất dần giảm xuống. Pít tông của xilanh con cùng với càng cắt ly hợp cũng được lò xo kéo về vị trí ban đầu.

Vòng bi cắt ly hợp là một bộ phận quan trọng của ly hợp dùng để đóng ngắt ly hợp, được gắn trên ống trượt và có thể trượt dọc trục. Vòng bi cắt ly hợp cần được bôi mỡ đầy đủ.

Chức năng của nó là hấp thụ sự chênh lệch tốc độ quay giữa càng ngắt ly hợp (không quay) và lò xo đĩa quay (quay) để truyền chuyển động của cảng ngắt vào lò xo đĩa. Bởi vậy vòng bi phải có cấu tạo đặc biệt, làm bằng vật liệu bền và có tính chịu mòn cao.

4.2. Nguyên lý làm việc của ly hợp lò xo đĩa

4.2.1. Quá trình ngắt ly hợp

Khi người lái đạp bàn đạp ly hợp (chân côn), vòng bi cắt ly hợp sẽ di chuyển sang trái hình vẽ, ép vào phần giữa của lò xo đĩa, khiến cho lò xo biến dạng và có hình dạng là hình côn ngược với hình côn khi lò xo ở trạng thái tự do. Phần phía ngoài của lò xo sẽ cong lên về phía bên phải hình vẽ, kéo đĩa ép sang phải, đồng thời kéo đĩa ma sát ra khỏi bề mặt bánh đà.

4.2.2. Quá trình đóng ly hợp

Khi người lái thả bàn đạp ly hợp, vòng bi cắt ly hợp di chuyển sang phải, lò xo đĩa khôi phục lại hình dạng ban đầu (hình dạng khi ở trạng thái tự do). Phần ngoài của lò xo sẽ tác động lực ép lên đĩa ép và đĩa ma sát, khiến cho đĩa ma sát ép chặt vào bánh đà. Quá trình đóng ly hợp kết thúc. Bình thường ly hợp ở trạng thái đóng, khi người lái đạp bàn đạp ly hợp, nó mới chuyển sang trạng thái ngắt. Khi người lái thả chân khỏi bàn đạp, ly hợp lại trở về trạng thái đóng.

5. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ly hợp lò xo trụ

Ly hợp lò xo trụ cũng là một loại ly hợp được sử dụng rộng rãi trên ô tô.

5.1. Cấu tạo ly hợp lò xo trụ

Ly hợp lò xo trụ gồm các thành phần chính như vỏ ly hợp, đĩa ép, đĩa ma sát, cần bẩy, vòng bi ngắt ly hợp.

Vỏ ly hợp được gắn cố định với bánh đà bằng bu lông. Giữa đĩa ép và vỏ ly hợp bố trí các lò xo trụ cách đều nhau. Khi ly hợp ở trạng thái đóng, những lò xo này khiến cho đĩa ma sát bị kẹt chặt giữa bánh đà và đĩa ép. Công suất và mô-men của động cơ được truyền qua đĩa ma sát đến trục sơ cấp của hộp số.

5.2. Nguyên lý làm việc của ly hợp lò xo trụ

Cần bẩy, vòng bi ngắt ly hợp của cơ cấu điều khiển được lắp bên trong vỏ ly hợp. Thường có khoảng từ 3 ~ 6 cần bẩy. Các cần bẩy này được bố trí cách đều nhau trên đĩa ép, nằm theo hướng xuyên tâm.

Giữa cần bẩy có chốt đỡ, đóng vai trò là điểm tựa. Khi đạp bàn đạp ly hợp, vòng bi ngắt ly hợp dịch chuyển sang trái, tác động một lực có hướng sang trái lên đầu bên trong của các cần bẩy, khiến cho các cần bẩy quay quanh điểm tựa.

Vì đầu bên ngoài của các cần bẩy được gắn với đĩa ép, khiến cho đĩa ép sẽ dịch chuyển sang phải, khiến đĩa ma sát không bị kẹp chặt giữa bánh đà và đĩa ép nữa, từ đó thực hiện việc ngắt ly hợp.