Biến mô là một loại khớp nối chất lỏng được sử dụng để truyền năng lượng quay từ động cơ đến hộp số. Vị trí của biến mô được đặt ở giữa động cơ và hợp số & đóng vai trò như một ly hợp trong hộp số sàn. Chức năng chính của biến mô là cho phép tách tải trọng ra khỏi nguồn năng lượng chính đến từ động cơ.
Xe được trang bị hộp số tự động sẽ không có ly hợp, vì vậy cần có một cách khác để duy trì động cơ hoạt động trong khi bánh xe và bánh răng hộp số dần dừng lại. Hộp số sàn sử dụng bộ ly hợp giúp ngắt sự kết nối giữa động cơ và hộp số còn hộp số tự động sử dụng biến mô thủy lực với vai trò tương tự.
Khi động cơ chạy không tải, chẳng hạn như dừng đèn đỏ, mô-men xoắn truyền qua bộ biến mô tuy nhỏ nhưng vẫn phải có tác động lên bàn đạp phanh để giữ xe đứng yên. Khi tài xế nhả phanh và đạp ga, động cơ tăng tốc và bơm nhiều môi chất hơn vào bộ biến mô, vì vậy nhiều năng lượng (mô-men xoắn) hơn được truyền tới các bánh xe giúp xe chuyển động.
Chức năng của biến mô thủy lực:
- Truyền năng lượng từ động cơ đến trục đầu vào hộp số.
- Dẫn động bơm dầu của hộp số.
- Tách động cơ & hộp số khi xe đứng yên.
- Làm tăng mô-men xoắn nhận được từ động cơ và truyền nó đến hệ thống truyền động. Nó gần như tăng gấp đôi mô-men xoắn đầu ra.
Cấu tạo biến mô thủy lực:
Biến mô thủy lực có 3 bộ phận chính:
1. Bộ bánh bơm / Bơm (Impeller):
– Các cánh bơm được gắn trực tiếp lên vỏ biến mô và vỏ biến mô kết nối với trục động cơ. Nó là các cánh quạt cong và có góc cạnh. Bộ bánh bơm bao gồm dầu hộp số quay cùng với tốc độ động cơ. Khi nó quay cùng với động cơ, lực ly tâm khiến cho dầu di chuyển ra phía ngoài. Các cánh của bánh bơm được thiết kế theo cách hướng môi chất lỏng về phía các cánh tuabin. Nó hoạt động như một máy bơm ly tâm hút môi chất từ hộp số tự động và đưa vào tuabin.
2. Stator:
– Chức năng chính của stator là định hướng đường hồi về cho môi chất từ tuabin để chất lỏng đi vào bánh bơm theo hướng quay của bánh bơm. Khi chất lỏng đi vào theo hướng quay của bánh bơm, nó sẽ làm tăng mô-men xoắn lên nhiều lần. Stator thay đổi hướng của môi chất lên đến gần 90 độ. Nó được gắn với khớp một chiều nên chỉ xoay được theo 1 hướng. Tuabin được kết nối với hệ thống truyền lực còn Stator nằm ở giữa bánh bơm và tuabin.
3. Tuabin:
– Tuabin được kết nối với trục đầu vào hộp số tự động. Nó cũng bao gồm các cánh cong và có góc cạnh. Cánh tuabin được thiết kế sao cho nó có thể thay đổi hướng của môi chất đi vào bánh bơm. Khi tuabin quay, trục đầu vào hộp số cũng quay làm cho phương tiện di chuyển. Tuabin cũng có một ly hợp khóa, công dụng khóa hoạt động của tuabin khi biến mô đạt được đến điểm kết nối động cơ với hộp số (lúc này biến mô được coi như 1 khớp nối), điều này giúp cải thiện hiệu suất của biến mô.
Nguyên lý hoạt động của biến mô:
– Để hiểu nguyên lý làm việc của biến mô, hãy đặt 2 quạt điện đối diện nhau. Quạt 1 được kết nối với nguồn điện (bánh bơm kết nối với động cơ), quạt 2 (tuabin nối với hệ thống truyền động) thì không. Bật quạt 1 hoạt động, không khí di chuyển từ quạt 1 đập vào các cánh của quạt 2 và nó cũng bắt đầu quay gần như cùng tốc độ với quạt 1. Khi quạt 2 dừng lại (lúc dừng xe), quạt thứ 1 vẫn hoạt động bình thường (động cơ vẫn hoạt động).
– Trên cùng một nguyên tắc, biến mô hoạt động. Trong đó, bánh bơm đóng vai trò là quạt đầu tiên được kết nối với động cơ và tuabin hoạt động như quạt thứ hai. Khi động cơ hoạt động, bánh bơm quay và lực ly tâm làm dầu bên trong bộ biến mô hướng về phía tuabin. Khi nó chạm vào các cánh tuabin, tuabin bắt đầu quay. Điều này làm cho hệ thống truyền động quay và các bánh xe của xe di chuyển. Khi động cơ dừng, tuabin cũng dừng quay nhưng bánh công tác kết nối động cơ tiếp tục di chuyển và điều này ngăn chặn việc động cơ chết máy.
Có ba giai đoạn hoạt động:
1. Dừng xe:
– Trong khi dừng xe, động cơ vẫn dẫn động bánh bơm nhưng tuabin không thể hoạt động. Điều này xảy ra khi xe đứng yên & tài xế giữ bàn đạp phanh để ngăn xe di chuyển. Trong trường hợp này, sự khuếch đại của mô-men là tối đa. Khi tài xế rời chân phanh và tác động vào chân ga, bánh bơm bắt đầu di chuyển nhanh hơn và dẫn động tuabin hoạt động, xe di chuyển. Giai đoạn này có sự chênh lệch lớn giữa tốc độ bánh bơm và tuabin.
2. Tăng tốc:
- Trong quá trình tăng tốc, tốc độ tuabin liên tục tăng nhưng vẫn có sự khác biệt giữa bánh bơm và tuabin. Khi tốc độ tuabin tăng thì sự khuếch đại momen xoắn giảm (nhỏ hơn trong điều kiện dừng xe / tuabin không quay)
3. Điểm khớp nối:
- Trường hợp này, tuabin được được tốc độ xấp xỉ 90% (thông thường tại 60km/h) so với bánh bơm và điểm này gọi là điểm khớp nối. Sự khuếch đại mô-men xoắn dần trở về 0 và biến mô trở thành 1 khớp nối môi chất đơn giản. Tại điểm khớp nối, ly hợp khóa tuabin vào bánh bơm & biến mô, điều này đặt bánh bơm – tuabin quay cùng tốc độ, stator cũng bắt đầu quay theo chiều bánh bơm & tuabin.
Lưu ý:
- Sự khuếch tán mô-men cực đại diễn ra tại quá trình dừng xe.
- Stator được đứng yên trước điểm khớp nối, giúp khuếch tán mô-men. Khi đạt điểm khớp nối, stator dừng khuếch tán mô-men và bắt đầu hoạt động với bánh bơm, tuabin.
- Ly hợp khóa tuabin khi đạt được điểm khớp nối và loại bỏ tổn thất năng lượng, tăng hiệu suất truyền động.
Các loại biến mô:
1. Biến mô đơn tầng:
- Cái hay của biến mô đơn tầng là sự đơn giản, bền bỉ & đáng tin cậy của chúng.
2. Biến mô 3 tầng:
- Sử dụng 3 vòng của cánh tuabin, hiệu quả của thiết kế này là tăng mô-men xoắn gấp 5 lần lượng mô-men đầu ra của động cơ. Trên thực tế, khi động cơ ở trạng thái không tải, tùy thuộc vào thiết kế cụ thể, biến mô 3 tầng được xác định tạo 335hp tại 2400 vg/ph, 420hp tại 2400vg/ph. 580hp tại 2200vg/ph. Biến mô 3 tầng cũng có 2 loại vỏ cố định và vỏ xoay.
Ưu điểm:
- Tạo ra mô-men xoắn cực đại như khi sử dụng ly hợp.
- Loại bỏ bàn đạp ly hợp.
- Làm cho việc lái xe trở nên đơn giản hơn.
Nhược điểm:
- Hiệu suất nhiên liệu thấp hơn so với phương tiện sử dụng hộp số sàn.
Ứng dụng:
- Biến mô được sử dụng trên xe trang bị hộp số tự động. Nó cũng được sử dụng trong truyền tải điện công nghiệp như truyền động băng tải, ống cuộn, hầu như tất cả các xe nâng hiện đại, thiết bị xây dựng và đầu máy xe lửa.
- Sử dụng trong các hệ thống di chuyển dưới nước.
Vấn đề của biến mô:
- Sự rung lắc.
- Quá nhiệt
- Sự trượt
- Khó khăn trong vấn đề tắng tốc sau khi dừng xe (độ trễ biến mô).
