Nguyên lý hoạt động của bộ ly hợp

Khi điều khiển một chiếc ô tô số tay, bạn có thể sẽ ngạc nhiên khi biết trên xe có ít nhất một bộ ly hợp – hay còn gọi là bộ côn. Nếu bạn đã tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của hộp số tự động thì bạn cũng đã biết rằng trong hộp số tự động của ô tô cũng có vài ly hợp.

Trên thực tế có khá nhiều loại ly hợp trong các vật dụng thường ngày của chúng ta mà chắc hẳn bạn cũng đã nhìn thấy hằng ngày. Một vài ví dụ điển hình như: khoan điện, chiếc cưa xích, đề xe máy, và ngay cả chiếc líp xe đạp cũng sử dụng những loại ly hợp khác nhau.

Trong bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu xem tại sao xe ô tô lại cần phải có ly hợp và cụ thể hơn là ly hợp trên chiếc xe của bạn làm việc như thế nào. Chắc chắn có nhiều điều thú vị đang chờ chúng ta ở phía trước.

Trước hết bạn hãy tạm hiểu: Ly hợp là một cơ cấu được sử dụng trong một thiết bị để nối và tách hai trục quay với nhau. Trong các thiết bị này, một trong hai trục thường được một động cơ hay puly dẫn động còn trục kia lại dẫn động thiết bị khác. Trong một chiếc khoan điện chẳng hạn, một trục phía trong được dẫn động bởi động cơ điện còn trục bên ngoài thì dẫn động một ngoàm để cặp mũi khoan. Ly hợp dùng để nối hai trục lại với nhau để chúng có thể gắn lại với nhau quay cùng một tốc độ hoặc có thể tách riêng ra để quay với các tốc độ khác nhau.

Trên chiếc xe của bạn đương nhiên là cần một ly hợp bởi vì khi động cơ nổ máy, trục của động cơ luôn quay còn bánh xe không phải lúc nào cũng quay. Để chiếc xe dừng lại theo sự điều khiển của bạn trong khi động cơ vẫn nổ máy thì phải ngắt truyền động của động cơ xuống các bánh xe. Ly hợp cho phép chúng ta nối trục ra của động cơ với trục vào của hộp số bằng cách điều khiển ăn khớp giữa chúng. Để hiểu được ly hợp làm việc như thế nào, chúng ta cần phải nắm được một số kiến thức cơ bản về ma sát. Trong hình dưới đây bạn sẽ nhìn thấy hình ảnh của bánh đà (flywheel) kết nối với động cơ còn đĩa ly hợp nối với hộp số.

Khi chân bạn rời khỏi bàn đạp côn, các lò xo đẩy mâm bàn ép ly hợp (pressure plate) vào các đĩa ma sát (clutch plate) và ép chặt chúng với bánh đà. Điều này đã làm cho bánh đà động cơ bị khoá vào trục sơ cấp của hộp số làm cho chúng quay cùng một tốc độ. Độ lớn của mô men lực mà ly hợp có thể truyền được phụ thuộc vào ma sát giữa các đĩa ma sát với bánh đà và lực nén mà các lò xo tác dụng lên các đĩa ma sát.

Khi bạn nhấn bàn đạp côn, một cần liên động hoặc piston thuỷ lực sẽ tác dụng lên một cần bẩy (còn gọi là càng cua ly hợp) một lực khá lớn, lực này được truyền đến vòng bi chặn của ly hợp, còn gọi là bi T (viết tắt của từ throw-out bearing) làm cho lò xo đĩa trung tâm (diaphragm spring) bị nén lại. Nhờ kết cấu cơ khí dẫn động, đĩa ma sát được giải phóng ra khỏi bánh đà và đĩa ép ly hợp và nhờ vậy trục sơ cấp của hộp số được giải phóng khỏi động cơ.

Hãy chú ý các lò xo ở tấm đĩa ma sát. Những lò xo này có tác dụng giảm chấn, giúp cho việc ăn khớp giữa hộp số với động cơ êm dịu hơn.

Đĩa ma sát.

Vấn đề quan trọng nhất với các ly hợp là vật liệu ma sát trên bề mặt bị mòn đi. Vật liệu ma sát này giống như vật liệu của má phanh xe do vậy sau một thời gian sử dụng chúng bị mòn đi. Khi vật liệu ma sát này bị mòn đến một mức độ nào đó thì ly hợp sẽ bị trượt, và mức độ trượt này sẽ lớn dần đến khi nó không thể truyền được một chút mô men xoắn nào của động cơ xuống các bánh xe.

Nếu xét đến căn nguyên của vấn đề thì ly hợp chỉ bị mòn khi mà các đĩa ma sát quay không cùng tốc độ với bánh đà. Khi chúng khoá lại với nhau, vật liệu ma sát được ép chặt vào bánh đà và chúng quay cùng tốc độ với nhau. Chỉ khi đĩa ma sát trượt so với bánh đà thì hiện tượng mòn mới xảy ra. Vì vậy nếu khi điều khiển xe, chân bạn luôn để trên bàn đạp côn hoặc đạp côn nhiều lần thì ly hợp sẽ bị mòn rất nhanh.

Một loại hư hỏng khác của ly hợp là bi T bị rơ, mòn. Khi bi T mòn sẽ làm cho xuất hiện tiếng kêu khi nó chịu tải trọng tác dụng lên nó, tức là khi bạn đạp bàn đạp côn.

Ngoài ly hợp cơ khí như đã nêu trên, trên xe ô tô còn có khá nhiều loại ly hợp khác như:

• Một hộp số tự động có một vài ly hợp. Chúng có tác dụng đóng mở một số cặp bánh răng hành tinh ăn khớp với nhau.

Máy nén trong hệ thống điều hòa trên xe hơi sử dụng ly hợp điện từ.

• Bộ điều hoà không khí trên xe của bạn cũng có vài ly hợp điện từ. Các ly hợp này đóng mở máy nén khí trong khi động cơ đang làm việc. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây trong ly hợp điện từ, chúng sẽ làm cho ly hợp đóng và ngược lại khi ngắt dòng điện thì ly hợp nhả ra.
• Đa số các xe hơi sử dụng quạt gió đều sử dụng một ly hợp thuỷ lực có cảm biến nhiệt. Ly hợp này được đặt ở giữa trục của quạt gió, nơi nhận được luồng khí chạy qua bộ tản nhiệt đến. Kiểu ly hợp này là loại ly hợp thuỷ lực đặc biệt. Chất lỏng trong không gian kín của ly hợp sẽ càng đặc lên khi nhiệt độ tăng lên, vì vậy nó làm cho quạt quay nhanh hơn, gần với tốc độ quay của động cơ. Khi nhiệt độ động cơ còn thấp, dòng chất lỏng trong ly hợp có độ nhớt thấp hơn do vậy quạt gió cũng quay chậm hơn. Điều này sẽ dẫn đến động cơ mau nóng, đạt đến nhiệt độ làm việc nhanh hơn.
• Ly hợp còn được sử dụng ở bộ vi sai của cầu xe, giúp cho việc sử dụng lực kéo được tối ưu hơn.
• Các ứng dụng của ly hợp trong đời sống hằng ngày thì còn rất nhiều. Bạn có nhớ đồ chơi ống xoắn dây mà trước đây bạn đã từng chơi không – yo-yo cũng chính là một kiểu ly hợp cổ điển đó.

Ngọc Hải