CVT Giải Thích: Bộ Biến Tốc Là Gì và Hoạt Động Như Thế Nào?

Bạn có thể đã từng bắt gặp cụm từ như “xe được trang bị hộp số vô cấp” khi lướt qua các catalog xe hơi hoặc đọc bảng thông số kỹ thuật. Ai cũng biết hộp số sàn là gì, và hầu hết tài xế đã quen với hộp số tự động truyền thống. Nhưng bộ biến tốc — còn được gọi là CVT (hộp số vô cấp) — vẫn còn khiến nhiều người ngơ ngác. Điều đó thật đáng ngạc nhiên, bởi vì nó không hề mới.

Lịch Sử Ngắn Gọn của Hộp Số CVT

Đây là một sự thật thường khiến mọi người bất ngờ: bộ biến tốc không phải do Honda, Toyota, hay thậm chí Mercedes-Benz phát minh. Bằng sáng chế đầu tiên cho hộp số vô cấp được cấp vào cuối thế kỷ 19 — và khái niệm ban đầu còn có từ xa xưa hơn. Leonardo da Vinci đã phác thảo nguyên lý này từ năm 1490.

Tuy nhiên, chiếc xe thực tiễn đầu tiên được trang bị CVT không xuất hiện vào thời Phục Hưng. Phải thêm năm thế kỷ nữa. Vào những năm 1950, DAF — một thương hiệu Hà Lan khi đó sản xuất cả xe tải lẫn xe du lịch — trở thành nhà sản xuất đầu tiên lắp đặt bộ biến tốc thương mại. Volvo theo sau với phiên bản của riêng mình, và công nghệ CVT đã không ngừng phát triển kể từ đó.

Bộ Biến Tốc Là Gì? CVT so với Hộp Số Tự Động

Nói một cách đơn giản, bộ biến tốc là một loại hộp số tự động — nhưng hoạt động theo một nguyên lý hoàn toàn khác. Từ ghế người lái, xe trang bị CVT trông giống hệt xe với hộp số tự động thông thường:

Hai bàn đạp — ga và phanh
Cần chọn số với các vị trí P, R, N, D quen thuộc
Không có bàn đạp ly hợp, không cần sang số thủ công

Nhưng bên dưới nắp capô, câu chuyện lại hoàn toàn khác. Hộp số tự động truyền thống có một bộ số cố định — số 1, số 2, số 3, và tiếp tục. CVT không có số cố định nào cả. Thay vào đó, nó liên tục và liền mạch điều chỉnh tỷ số truyền khi xe tăng tốc hoặc giảm tốc. Kết quả? Không giật cục, không rung lắc, không cảm nhận được việc sang số — chỉ là truyền lực mượt mà và liên tục.

Các Loại Hộp Số CVT

Không phải tất cả các bộ biến tốc đều được chế tạo theo cùng một cách. Có một số thiết kế chính đang được sử dụng:

Dây đai hình V với puly điều chỉnh — loại phổ biến nhất, được tìm thấy trên phần lớn các xe trang bị CVT
CVT loại xích — được Audi sử dụng, mang lại hiệu suất và khả năng chịu mô-men xoắn cao
CVT hình xuyến (Toroidal) — thiết kế ít phổ biến hơn nhưng tinh tế về mặt cơ học, sử dụng các con lăn giữa các đĩa hình xuyến

Hệ thống puly dây đai hình V là loại hầu hết tài xế sẽ gặp, vì vậy hãy xem xét kỹ hơn cách nó hoạt động.

CVT Dây Đai Hình V Hoạt Động Như Thế Nào? Giải Thích Đơn Giản

Hãy hình dung hai chiếc bút chì nằm song song với nhau, được nối bằng một dây thun căng. Quay một chiếc bút chì, và chiếc kia sẽ theo với cùng tốc độ. Bây giờ hãy tưởng tượng các bút chì có đường kính khác nhau — một vòng quay của chiếc lớn hơn buộc chiếc nhỏ hơn quay hai lần. Đó là ý tưởng cốt lõi đằng sau bộ biến tốc dây đai hình V.

Trong CVT thực tế, điều này đạt được với hai puly điều chỉnh:

Mỗi puly bao gồm hai nửa hình nón đối mặt nhau, đầu nhọn hướng vào trong
Một dây đai hình V chạy giữa các puly, bám vào chúng theo các cạnh gờ của nó
Khi hai nửa nón tách ra, dây đai rơi xuống giữa và chạy theo bán kính nhỏ hơn
Khi các nón khép lại, dây đai chạy theo bán kính lớn hơn

Một hệ thống thủy lực (hoặc cơ cấu servo khác) điều khiển cả hai puly đồng bộ — khi một puly mở ra, puly kia đóng lại. Một puly nằm trên trục dẫn động (từ động cơ), và puly kia trên trục bị dẫn (đến bánh xe). Bằng cách liên tục thay đổi đường kính hiệu dụng của mỗi puly, hộp số thay đổi tỷ số truyền trên một phạm vi rất rộng, không có bước nhảy và không bị gián đoạn.

Tất cả những gì cần thêm để hoàn thiện là một bộ phận cho số lùi — thường là bộ bánh răng hành tinh đơn giản — và hộp số CVT đã sẵn sàng hoạt động.

CVT Sử Dụng Loại Dây Đai Nào?

Dây đai dẫn động bằng cao su thông thường sẽ vỡ vụn chỉ sau vài nghìn kilômét trong điều kiện vận hành của CVT. Các dây đai dùng trong bộ biến tốc là các linh kiện được chế tạo chuyên dụng. Có hai thiết kế chính:

Dây đai đẩy thép — một bộ dải thép nhiều lớp trên đó hàng trăm tấm thép mỏng hình thang được gắn vào. Các tấm đẩy vào nhau, cho phép dây đai truyền lực ngay cả ở phía chịu nén — điều mà dây đai cao su đơn giản là không thể làm được
Xích thép — một xích phẳng và rộng tiếp xúc với các nón puly dọc theo các cạnh của nó thay vì mặt của nó. Đây là thiết kế được sử dụng trong hệ thống CVT của Audi (được tiếp thị với tên Multitronic)

CVT loại xích của Audi sử dụng loại dầu hộp số đặc biệt thay đổi độ nhớt dưới áp suất cực lớn tại các điểm tiếp xúc, cho phép xích truyền lực đáng kể với độ trượt tối thiểu — ngay cả trên diện tích tiếp xúc rất nhỏ.

Lái Xe Với CVT Cảm Giác Như Thế Nào?

Trải nghiệm lái phụ thuộc vào cách chương trình điều khiển CVT được tinh chỉnh, nhưng hành vi phổ biến nhất khi tăng tốc mạnh là như sau: bạn nhấn ga hết cỡ, động cơ tăng lên dải vòng tua có mô-men xoắn tối đa — và duy trì ở đó trong suốt quá trình tăng tốc, giữ âm thanh đều và ổn định trong khi xe tăng dần tốc độ.

Một số tài xế cảm thấy điều này lạ lẫm lúc đầu. Âm thanh động cơ không lên xuống như khi dùng hộp số có cấp; thay vào đó, nó giữ nguyên một tông trong khi xe tăng tốc. Người ta đã so sánh nó với tiếng vo ve của máy hút bụi — hiệu quả, nhưng khác với những gì hầu hết tài xế đã quen.

Dù vậy, nhiều nhà sản xuất tinh chỉnh CVT của họ để mô phỏng cảm giác của hộp số truyền thống, với vòng tua động cơ tăng dần theo tốc độ. Một số mẫu xe còn cung cấp:

Các cấp số ảo — thường là 6 hoặc 8 tỷ số được xác định điện tử, giữa đó CVT chuyển số dứt khoát, mô phỏng hộp số tự động cổ điển
Chế độ tuần tự thủ công — cho phép người lái chọn số ảo qua cần gạt sau vô lăng hoặc cần số
Tự động xuống số — khi leo dốc hoặc giảm tốc, CVT thông minh chuyển về tỷ số thấp hơn để duy trì mô-men xoắn, bất kể vị trí bàn đạp ga

Audi A4 allroad quattro — được trang bị CVT loại xích Multitronic của Audi

Ưu Điểm của Hộp Số CVT

Vô số tỷ số truyền — động cơ luôn hoạt động trong dải hiệu quả nhất hoặc mạnh mẽ nhất, tùy theo nhu cầu
Tăng tốc mượt mà — không sang số đồng nghĩa với không bị gián đoạn mô-men xoắn và không giật cục
Tiết kiệm nhiên liệu hơn — bằng cách giữ động cơ trong dải hoạt động tối ưu, CVT có thể giảm mức tiêu thụ nhiên liệu so với hộp số tự động truyền thống
Hiệu suất tốt ở tốc độ thấp — đặc biệt hữu ích trong giao thông đô thị thường xuyên dừng đỗ
Chi phí thấp hơn hộp số tự động cao cấp — các bộ CVT thường rẻ hơn để sản xuất so với hộp số tự động biến mô cao cấp

Nhược Điểm của Hộp Số CVT

Giới hạn công suất — CVT truyền thống không được thiết kế cho các ứng dụng mô-men xoắn cao và công suất lớn, đó là lý do tại sao xe hiệu suất cao và xe sang hạng lớn vẫn sử dụng hộp số thông thường
Chi phí bảo dưỡng cao hơn — dầu hộp số chuyên dụng cho CVT đắt hơn ATF thông thường, và việc thay dây đai (mỗi 100.000–150.000 km) là một hạng mục bảo dưỡng bổ sung
Cảm giác lái không quen thuộc — cảm giác tăng tốc ở vòng tua cố định cần thời gian để làm quen
Chu kỳ thay dầu — dầu CVT thường cần thay mỗi 40.000–50.000 km tùy theo mẫu xe

CVT Có Thể Đạt Công Suất Bao Nhiêu?

CVT khởi đầu trên những chiếc xe nhỏ trong thành phố — và trong một thời gian dài, đó là nơi chúng tồn tại. Đòi hỏi cơ học của hộp số dây đai khiến công suất cao là một thách thức. Nhưng kỹ thuật đã tiến bộ đáng kể.

CVT xích Multitronic của Audi, lắp trên A4 2.0 TFSI, xử lý 200 mã lực mà không gặp vấn đề gì. Nissan tiến xa hơn với CVT X-Tronic trên Murano — một chiếc crossover cỡ lớn với động cơ V6 3.5 lít sản sinh 234 mã lực. Đây không còn là những ứng dụng ngách, công suất thấp nữa.

CVT so với Hộp Số Tự Động: Cái Nào Tốt Hơn?

Hộp số tự động cổ điển đã phản công với nhiều cấp số hơn — các bộ 8 cấp hiện là tiêu chuẩn trên nhiều xe hạng sang và xe cao cấp, theo đuổi cùng sự cân bằng giữa hiệu quả và hiệu suất mà CVT mặc định cung cấp. Hộp số tự động 10 và 12 cấp đã xuất hiện trên xe tải và xe hiệu suất cao.

Nhưng CVT có một lợi thế cơ cấu mà không có hộp số có cấp nào có thể sao chép: số lượng tỷ số truyền là vô hạn. Dù các kỹ sư thêm bao nhiêu cấp số vào hộp số tự động truyền thống, sẽ luôn có khoảng trống giữa mỗi cấp. CVT không có khoảng trống. Đối với việc lái xe hàng ngày — đi làm, tiết kiệm nhiên liệu, giao thông thành phố êm ái — nó vẫn là một trong những lựa chọn hộp số thực tiễn và bị đánh giá thấp nhất trên thị trường.