Phân biệt cách hoạt động của ba loại hộp số tự động: truyền thống, DCT và CVT

Hộp số tự động trên xe ô tô có ba loại chính với những đặc điểm hoạt động riêng biệt

Hộp số tự động đã trở thành lựa chọn phổ biến trên hầu hết xe ô tô hiện đại, mang lại sự tiện lợi đồng thời đảm nhiệm một trong những nhiệm vụ cơ khí phức tạp nhất của phương tiện bốn bánh. Chức năng của hộp số là truyền công suất từ động cơ tới bánh xe một cách hiệu quả trong nhiều dải tốc độ khác nhau, giúp xe có thể tăng tốc từ trạng thái đứng yên, vận hành trong đô thị và chạy trên đường cao tốc mà vẫn giữ động cơ ở vòng tua tối ưu.

Khác với hộp số sàn, nơi người lái phải tự đạp côn và chuyển số, hộp số tự động thực hiện các thao tác này thông qua hệ thống điều khiển điện tử và thủy lực. Hiện nay, phần lớn xe du lịch sử dụng một trong ba loại hộp số tự động chính: hộp số tự động sử dụng bộ biến mô-men (torque converter), hộp số ly hợp kép (DCT) và hộp số vô cấp (CVT). Mỗi loại có cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như ưu và nhược điểm riêng.

Rửa xe bằng máy xịt áp lực cao có thể gây hư hại lốp không?

Đèn báo áp suất dầu động cơ bật sáng có nguy hiểm không?

Bộ vi sai chống trượt giới hạn hoạt động như thế nào?

Hộp số tự động truyền thống (Torque Converter)

Đây là loại hộp số tự động phổ biến nhất hiện nay, đặc biệt trên SUV, bán tải và nhiều mẫu sedan hạng trung, hạng sang. Khi nhắc đến "hộp số tự động", phần lớn người dùng thường đang nói đến loại hộp số này.

Điểm khác biệt lớn nhất của hộp số tự động truyền thống là bộ biến mô-men, nằm giữa động cơ và hộp số. Thay vì sử dụng ly hợp ma sát như hộp số sàn, bộ biến mô-men truyền công suất thông qua dầu hộp số.

Bên trong bộ biến mô-men có ba thành phần chính gồm bánh bơm (impeller), tuabin (turbine) và stato (stator). Khi động cơ quay, bánh bơm sẽ đẩy dầu hộp số về phía tuabin, tạo lực truyền tới hộp số. Stato có nhiệm vụ đổi hướng dòng dầu để khuếch đại mô-men xoắn ở tốc độ thấp, giúp xe khởi hành êm ái và mạnh mẽ hơn.

Phía sau bộ biến mô-men là một hoặc nhiều bộ bánh răng hành tinh (planetary gearset), kết hợp với các bộ ly hợp nhiều lá được điều khiển bằng hệ thống thủy lực hoặc điện tử để tạo ra các cấp số khác nhau.

Hầu hết hộp số tự động hiện đại còn được trang bị ly hợp khóa biến mô-men (lock-up clutch). Khi xe đạt tốc độ ổn định, bộ ly hợp này sẽ kết nối trực tiếp động cơ với hộp số, giảm hiện tượng trượt của bộ biến mô-men, từ đó cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu, giảm nhiệt lượng phát sinh và mang lại cảm giác lái trực tiếp hơn.

Ưu điểm lớn nhất của hộp số tự động truyền thống là khả năng vận hành mượt mà, đặc biệt ở tốc độ thấp. Xe có thể tự bò (creep) khi người lái nhả chân phanh mà không cần tác động chân ga, giúp việc di chuyển trong đô thị, kẹt xe hay đỗ xe trở nên dễ dàng hơn. Trong những năm gần đây, các hộp số tự động 8 cấp, 9 cấp hoặc thậm chí 10 cấp cũng đã cải thiện đáng kể khả năng tiết kiệm nhiên liệu và hiệu suất vận hành so với các hộp số 4 hoặc 5 cấp trước đây.

Hộp số ly hợp kép (DCT)

Hộp số ly hợp kép là sự kết hợp giữa đặc tính của hộp số sàn và hộp số tự động. Về mặt cơ khí, nó gần giống hộp số sàn nhưng việc sang số và điều khiển ly hợp được thực hiện hoàn toàn tự động bằng hệ thống điện tử và thủy lực.

Đúng như tên gọi, DCT sử dụng hai bộ ly hợp riêng biệt:

• Một ly hợp điều khiển các số lẻ.
• Ly hợp còn lại điều khiển các số chẵn.

Trong khi một cấp số đang truyền động, hộp số sẽ đồng thời chuẩn bị sẵn cấp số tiếp theo trên trục còn lại. Khi chuyển số, hệ thống chỉ cần ngắt một ly hợp và đóng ly hợp kia, giúp quá trình sang số diễn ra cực nhanh với độ gián đoạn truyền lực rất thấp.

Nhờ cơ chế này, DCT mang lại khả năng sang số nhanh, dứt khoát và hiệu suất truyền động cao hơn do công suất được truyền trực tiếp bằng cơ khí thay vì thông qua dầu như bộ biến mô-men. Đây là lý do DCT thường xuất hiện trên các mẫu xe hiệu suất cao như Porsche sử dụng hộp số PDK, các dòng Hyundai N hay nhiều mẫu xe chất thể thao của Volkswagen với hộp số DSG.

Tuy nhiên, DCT cũng có một số hạn chế ở tốc độ thấp. Trong điều kiện kẹt xe hoặc khi đỗ xe, hai bộ ly hợp phải liên tục đóng và ngắt, khiến một số mẫu xe có thể gặp hiện tượng rung nhẹ hoặc phản ứng chưa thật mượt, đặc biệt với các hộp số ly hợp khô. Các hộp số ly hợp ướt thường vận hành êm hơn nhưng có chi phí sản xuất và trọng lượng lớn hơn.

Hộp số vô cấp (CVT)

Hộp số CVT hoạt động theo nguyên lý hoàn toàn khác so với các loại hộp số truyền thống khi không sử dụng các cấp số cố định. Thay vào đó, CVT sử dụng hai bộ puly có đường kính thay đổi liên tục, được nối với nhau bằng dây đai thép hoặc xích kim loại cường độ cao. Khi đường kính của hai puly thay đổi, tỷ số truyền cũng thay đổi liên tục mà không cần chuyển qua từng cấp số riêng biệt.

Nhờ đó, động cơ có thể duy trì ở dải vòng tua tối ưu trong nhiều điều kiện vận hành, góp phần cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu và giảm lượng khí thải. Đây là lý do CVT được sử dụng phổ biến trên các mẫu xe cỡ nhỏ và xe hybrid.

Cảm giác lái của CVT cũng khác biệt đáng kể. Khi tăng tốc, vòng tua động cơ thường được giữ ổn định trong khi tốc độ xe tiếp tục tăng dần. Điều này tạo nên cảm giác mà nhiều người gọi là "dây cao su", do không có các lần chuyển số rõ ràng như hộp số truyền thống. Để tạo cảm giác quen thuộc hơn, nhiều hãng xe hiện nay lập trình CVT mô phỏng các cấp số khi tăng tốc mạnh, dù về bản chất tỷ số truyền vẫn thay đổi liên tục.

So với các thế hệ đầu, CVT hiện đại đã được cải thiện đáng kể về độ bền và khả năng chịu tải. Một số nhà sản xuất còn bổ sung cấp số khởi hành hoặc kết hợp với hệ thống hybrid để cải thiện khả năng tăng tốc ở tốc độ thấp.

Nên chọn loại hộp số nào?

Ba loại hộp số trên đều có chung mục tiêu là truyền công suất từ động cơ tới bánh xe, nhưng mỗi loại được phát triển theo những triết lý kỹ thuật khác nhau.

Hộp số tự động sử dụng bộ biến mô-men ưu tiên sự êm ái, khả năng vận hành linh hoạt và phù hợp với nhiều điều kiện sử dụng. Hộp số ly hợp kép hướng đến khả năng sang số nhanh, hiệu suất truyền động cao và cảm giác lái thể thao. Trong khi đó, hộp số CVT được tối ưu cho khả năng tiết kiệm nhiên liệu và vận hành mượt mà.

Không có loại hộp số nào vượt trội tuyệt đối trong mọi tình huống. Lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của người dùng, từ sự thoải mái khi di chuyển hằng ngày, khả năng vận hành thể thao cho đến hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu. Nhờ những tiến bộ trong công nghệ, cả ba loại hộp số đều đã được cải thiện đáng kể trong những năm gần đây, mang đến trải nghiệm vận hành ngày càng hoàn thiện trên các dòng ô tô hiện đại.

Duy Thành