Ưu và nhược của các loại hộp số ôtô phổ biến

Xe ôtô hiện nay được trang bị nhiều loại hộp số khác nhau, với ưu/nhược điểm, giá thành và tính chất khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành của xe.

Hộp số là một trong những bộ phận quan trọng nhất với hệ thống truyền động nói riêng và toàn bộ xe ôtô nói chung. Hộp số có vai trò thay đổi tỷ số truyền, từ đó thay đổi mô-men xoắn ở các bánh xe để phù hợp với các điều kiện vận hành khác nhau. Ngoài ra, hộp số còn có tác dụng thay đổi chiều chuyển động tiến/lùi của xe và ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền động mà không cần tắt máy.

Hiện tại, ôtô dùng động cơ đốt trong sử dụng 4 loại hộp số phổ biến, bao gồm hộp số sàn (MT), hộp số tự động (AT), hộp số vô cấp (CVT) và hộp số ly hợp kép (DCT). Chúng có chi phí sản xuất, cấu tạo và cơ chế hoạt động khác nhau, được trang bị tùy theo giá thành và khả năng vận hành của mỗi mẫu xe.

Hộp số sàn (MT)

Đây là loại hộp số lâu đời nhất trong 4 loại hộp số kể trên. Hộp số sàn dùng ly hợp ma sát dạng đĩa để ngắt hoặc kết nối lực truyền từ động cơ. Hộp số MT bao gồm trục sơ cấp, trục thứ cấp và trục trung gian (với hộp số 3 trục), những bánh răng cố định trên các trục này khớp với nhau, tạo tỷ số truyền tương ứng với mỗi cấp số của xe. Người lái điều khiển hộp số bằng cách giẫm hoặc nhả bàn đạp côn, sau đó chuyển cần số đến vị trí tương ứng.

Cơ chế hoạt động của hộp số sàn. Nguồn: LearnEngineering.

Hộp số sàn có các ưu điểm là giá thành rẻ, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, tiết kiệm nhiên liệu và mang lại trải nghiệm, phản hồi lái phấn khích hơn hộp số tự động. Song song đó, loại hộp số này còn tồn tại nhược điểm như gây bất tiện và khó chịu vì liên tục phải đạp/nhả chân côn và sang số khi chạy xe trong lúc tắc đường. Người mới lái cũng dễ bị mất tập trung vì thực hiện đồng thời nhiều thao tác khi điều khiển xe.

Hộp số tự động (AT)

Hộp số tự động đang dần thay thế hộp số sàn và xuất hiện trên hầu hết mẫu xe mới hiện nay. Hộp số tự động dùng bộ biến mô thủy lực thay cho bộ ly hợp để ngắt hoặc kết nối lực truyền từ động cơ.

Hệ thống nhiều bánh răng vệ tinh phức tạp kết hợp với nhau bên trong hộp số, tạo ra các cấp số cho xe nhờ truyền tốc độ quay khác nhau vào các bánh răng. Việc lựa chọn tỷ số truyền và sang số phù hợp được thực hiện tự động bởi máy tính.

Cấu tạo của hộp số AT, với hệ thống bánh răng chính và các bánh răng vệ tinh. Nguồn: Thomas Schwenke.

Ưu điểm lớn nhất của hộp số tự động là mang lại sự thoải mái, tiện lợi cho người cầm lái. Nhờ lược bỏ các thao tác giẫm chân côn và gạt cần số, tài xế có thể tập trung điều khiển xe hơn. Tuy vậy, xe dùng hộp số tự động thường tốn nhiên liệu hơn xe số sàn, chi phí bảo dưỡng, sửa chữa cũng cao hơn do cấu trúc phức tạp của hộp số.

Hộp số vô cấp (CVT)

Khác với hộp số tự động, hộp số vô cấp CVT có tỷ số truyền biến thiên liên tục. Loại hộp số này không dùng bánh răng mà có hai puli, mỗi puli được tạo ra bởi hai khối hình nón với phần đỉnh nón đặt đối diện nhau. Hai puli này kết nối với nhau bằng dây đai nằm trong rãnh giữa mỗi cặp đỉnh nón.

Khi xe vận hành, mỗi cặp đỉnh nón liên tục tách xa và tiến lại gần nhau khiến đường kính của hai puli thay đổi, nhờ đó, tỷ số truyền cũng thay đổi liên tục. Quá trình này cũng diễn ra tự động thông qua sự tính toán của máy tính, tương tự hộp số AT.

Cơ chế hoạt động của hai puli và dây đai trong hộp số CVT . Nguồn: RDG.

Hộp số CVT giúp người lái điều khiển xe thoải mái, dễ dàng hơn. Quá trình chuyển số mượt mà hơn hộp số tự động do dùng dây đai thay cho bánh răng. Hộp số CVT cũng tiết kiệm nhiên liệu và có cấu tạo nhỏ gọn hơn hộp số AT.

Nhược điểm của hộp số CVT nằm ở chính dây đai. Nếu sử dụng trên các động cơ có công suất và mô-men xoắn lớn, dây đai sẽ nhanh hỏng hóc do tốc độ quay của puli quá cao. Bên cạnh đó, chi phí sửa chữa hộp số CVT vẫn còn đắt đỏ và xe dùng hộp số này thường khá ồn khi vòng tua máy cao.

Hộp số ly hợp kép (DCT)

Có thể coi hộp số ly hợp kép là hai hộp số sàn thông thường ghép lại và được điều khiển tự động bằng máy tính. Loại hộp số này bao gồm hai bộ ly hợp ma sát ướt, một bộ điều khiển trục chứa các bánh răng cấp số lẻ (1, 3, 5, gài số lùi) và một bộ điều khiển trục chứa các bánh răng cấp số chẵn (2, 4, 6 và số lùi).

Cơ chế hoạt động của hộp số ly hợp kép. Nguồn: Gifer.

Nhờ cách thiết lập này, hộp số ly hợp kép có thời gian chuyển số nhanh nhạy và chính xác, đồng thời giảm thiểu hao hụt công suất, giúp xe tiết kiệm nhiên liệu hơn. So với hộp số AT, hộp số DCT có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ hơn. Tuy nhiên, chi phí sản xuất, bảo dưỡng và sửa chữa của loại hộp số này khá cao. Vì vậy, chúng thường chỉ được trang bị trên các mẫu xe đắt tiền.