Ly hợp, hay còn gọi là côn ô tô, là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống truyền lực của xe ô tô, đóng vai trò then chốt trong việc kết nối và ngắt kết nối động cơ với hộp số một cách êm ái, cho phép người lái chuyển số và dừng xe mà không làm chết máy. Việc tìm hiểu cấu tạo ly hợp xe ô tô chi tiết là vô cùng quan trọng để nắm bắt nguyên lý vận hành, bảo dưỡng đúng cách và khắc phục các sự cố thường gặp. Bài viết này của Sài Gòn Xe Hơi sẽ đi sâu vào từng thành phần cấu tạo ly hợp, giúp bạn đọc có cái nhìn toàn diện và chuyên sâu nhất về bộ phận phức tạp nhưng thiết yếu này.
Tổng quan về cấu tạo ly hợp xe ô tô
Ly hợp được thiết kế để truyền mô-men xoắn từ trục khuỷu động cơ sang trục sơ cấp của hộp số một cách linh hoạt, có thể ngắt kết nối hoàn toàn khi cần thiết. Về cơ bản, cấu tạo ly hợp xe ô tô được chia thành ba phần chính, mỗi phần đảm nhiệm một chức năng riêng biệt nhưng lại liên kết chặt chẽ với nhau để tạo nên một hệ thống vận hành trơn tru:
- Phần chủ động: Gắn cố định với động cơ, quay cùng tốc độ với trục khuỷu. Bao gồm bánh đà, vỏ ly hợp và đĩa ép.
- Phần bị động: Gắn với trục sơ cấp hộp số, nhận mô-men xoắn từ phần chủ động. Bao gồm đĩa ma sát (lá côn) và trục bị động.
- Cơ cấu điều khiển: Dùng để ngắt ly hợp khi người lái đạp bàn đạp côn. Bao gồm bàn đạp ly hợp, xy lanh chính, xy lanh cắt, càng cắt và vòng bi cắt ly hợp.
Sự phối hợp nhịp nhàng giữa ba phần này quyết định hiệu suất và độ bền của toàn bộ hệ thống truyền lực.
Các thành phần chính trong cấu tạo ly hợp xe ô tô
Để hiểu rõ hơn về chức năng của từng bộ phận, chúng ta sẽ đi vào phân tích chi tiết các thành phần cấu thành nên hệ thống ly hợp. Mỗi chi tiết đều có vai trò quan trọng, góp phần vào sự hoạt động ổn định và hiệu quả của ly hợp.
Bánh đà (Flywheel)
Bánh đà là một khối kim loại tròn, nặng, thường được làm từ gang hoặc thép chất lượng cao, có đường kính lớn và gắn chặt vào đầu trục khuỷu của động cơ. Trong cấu tạo ly hợp xe ô tô, bánh đà không chỉ là nơi lưu trữ động năng, giúp duy trì sự quay đều của trục khuỷu và giảm rung động cho động cơ, mà còn là một phần không thể thiếu của hệ thống ly hợp. Bề mặt bánh đà tiếp xúc trực tiếp với đĩa ma sát của ly hợp được gia công nhẵn bóng, đảm bảo độ phẳng và khả năng chịu nhiệt cao. Khi ly hợp được ăn khớp, đĩa ma sát sẽ ép chặt vào bề mặt này để truyền mô-men xoắn.
Bánh đà thường có các lỗ được khoan và ren để lắp đặt các bộ phận khác của ly hợp, như vỏ ly hợp và đĩa ép. Độ dày và chất liệu của bánh đà được chọn lựa kỹ lưỡng để có thể hấp thụ một lượng nhiệt lớn sinh ra do ma sát trong quá trình đóng/ngắt ly hợp. Điều này giúp bảo vệ các bộ phận khác khỏi bị quá nhiệt và biến dạng. Ở tâm của bánh đà có một ổ lót dẫn hướng, thường là bạc đạn bi hoặc bạc đạn đồng, có nhiệm vụ giữ cho đầu ngoài cùng của trục sơ cấp hộp số được định tâm chính xác, đảm bảo trục quay êm ái và không bị lệch. Ổ lót này luôn cần được bôi trơn định kỳ để tránh mài mòn và kẹt.
Đĩa ly hợp (Clutch Disc / Lá côn)
Đĩa ly hợp, hay còn gọi là lá côn, là một trong những thành phần cốt lõi và quan trọng nhất trong cấu tạo ly hợp xe ô tô. Nó là một đĩa tròn mỏng được làm từ thép, với một mayơ (hub) ở giữa, được gắn spline để trượt dọc theo trục sơ cấp của hộp số. Bề mặt ngoài của đĩa ly hợp được dán hoặc tán các vật liệu ma sát đặc biệt (thường là hỗn hợp của sợi thủy tinh, sợi đồng, cao su và nhựa chịu nhiệt), gọi là phíp ma sát. Những vật liệu này có hệ số ma sát cao, chịu được nhiệt độ và áp suất lớn, giúp truyền lực hiệu quả mà không bị trượt khi ly hợp ăn khớp.
Sơ đồ tổng thể cấu tạo ly hợp xe ô tô với các chi tiết chính
Các tấm vật liệu ma sát này thường được tán vào những phần gợn sóng (tấm đệm đàn hồi) trên đĩa thép. Những tấm đệm này có vai trò như một bộ phận giảm chấn, giúp giảm va đập và chấn động khi đĩa ly hợp bị ép mạnh vào bánh đà và đĩa ép, làm cho quá trình ăn khớp ly hợp trở nên êm ái hơn. Phần mayơ của đĩa ly hợp thường tích hợp các lò xo xoắn (lò xo giảm chấn) có tác dụng hấp thụ các xung lực xoắn từ động cơ, ngăn chặn chúng truyền trực tiếp đến hộp số và hệ thống truyền lực, từ đó giảm thiểu tiếng ồn và tăng tuổi thọ cho các bộ phận. Đĩa ly hợp có thể dịch chuyển dọc theo trục sơ cấp của hộp số nhưng khi đĩa quay, trục sơ cấp cũng phải quay theo, đảm bảo truyền động lực.
Đĩa ép (Pressure Plate / Mâm ép) và Vỏ ly hợp (Clutch Cover)
Đĩa ép và vỏ ly hợp thường được lắp ráp thành một cụm gọi là bộ bàn ép. Đây là một phần quan trọng của cấu tạo ly hợp xe ô tô nằm trong phần chủ động.
- Đĩa ép: Là một đĩa kim loại dày, được làm từ gang, có bề mặt phẳng nhẵn tương tự bánh đà. Nó có nhiệm vụ ép đĩa ly hợp vào bánh đà dưới tác dụng của lò xo, tạo ra lực ma sát cần thiết để truyền mô-men xoắn. Khi ly hợp ăn khớp, đĩa ép và bánh đà kẹp chặt đĩa ly hợp ở giữa.
- Vỏ ly hợp (Clutch Cover): Là một hộp kim loại hình tròn, thường được làm từ thép dập, bao bọc toàn bộ đĩa ép và hệ thống lò xo. Vỏ ly hợp được bắt chặt vào bánh đà bằng các bu lông, đảm bảo quay cùng tốc độ với động cơ. Vỏ ly hợp cũng là nơi chứa và bảo vệ các lò xo ly hợp.
Trong hầu hết các xe ô tô hiện đại, hệ thống lò xo được sử dụng là lò xo đĩa (diaphragm spring), còn gọi là lò xo màng. Lò xo đĩa có hình dạng giống một chiếc đĩa côn với các “ngón tay” hướng vào tâm. Khi vòng bi cắt ly hợp đẩy vào các ngón tay này, lò xo đĩa sẽ biến dạng, kéo đĩa ép ra khỏi đĩa ly hợp, làm ngắt truyền động. Lò xo đĩa có ưu điểm là tạo ra lực ép đồng đều, phản ứng nhanh và ít tiêu tốn không gian hơn so với hệ thống lò xo xoắn trụ (coil springs) kiểu cũ.
Hình ảnh cận cảnh đĩa ly hợp (lá côn) trong cấu tạo ly hợp xe ô tô
Vòng bi cắt ly hợp (Release Bearing / Bạc đạn Tê)
Vòng bi cắt ly hợp, hay bạc đạn Tê, là một chi tiết khá quan trọng trong cấu tạo ly hợp xe ô tô với vai trò trung gian trong quá trình đóng và ngắt ly hợp. Nó được gắn trên một ống trượt (guide sleeve) và có khả năng trượt dọc theo trục sơ cấp của hộp số. Chức năng chính của vòng bi cắt ly hợp là hấp thụ sự chênh lệch tốc độ quay giữa càng cắt ly hợp (một bộ phận không quay) và các ngón tay của lò xo đĩa (bộ phận quay cùng động cơ). Khi càng cắt tác động, vòng bi sẽ truyền lực ép vào lò xo đĩa, làm biến dạng lò xo và kéo đĩa ép ra khỏi đĩa ly hợp.
Vòng bi cắt ly hợp thường là loại vòng bi kín, được bôi mỡ đầy đủ tại nhà máy sản xuất và thường không cần bảo dưỡng trong suốt thời gian sử dụng. Tuy nhiên, nếu vòng bi bị hỏng hoặc khô dầu, nó có thể gây ra tiếng ồn khó chịu khi người lái đạp ly hợp. Một số hệ thống ly hợp hiện đại sử dụng vòng bi cắt ly hợp tự định tâm. Loại này giúp tự động điều chỉnh để giữ cho đường tâm của vòng bi cắt ly hợp (trục khuỷu) luôn thẳng hàng với đường tâm của trục sơ cấp hộp số. Điều này giúp tránh tiếng ồn do ma sát không đều và đảm bảo hoạt động êm ái hơn, kéo dài tuổi thọ của cả vòng bi và lò xo đĩa.
Bàn đạp ly hợp (Clutch Pedal)
Bàn đạp ly hợp là giao diện chính để người lái tương tác với hệ thống ly hợp. Nó là điểm khởi đầu của chuỗi điều khiển, có vai trò chuyển đổi lực từ chân người lái thành áp suất thủy lực (hoặc lực cơ học trực tiếp đối với ly hợp dùng cáp). Khi người lái đạp bàn đạp ly hợp, lực này sẽ được truyền xuống xy lanh chính của ly hợp.
Vòng bi cắt ly hợp (bạc đạn Tê) một bộ phận quan trọng của cấu tạo ly hợp xe ô tô
Một khái niệm quan trọng liên quan đến bàn đạp ly hợp là “hành trình tự do” (free play). Hành trình tự do của bàn đạp là khoảng cách mà bàn đạp ly hợp có thể dịch chuyển được cho đến khi vòng bi cắt ly hợp thực sự bắt đầu ép vào lò xo đĩa. Hành trình tự do hợp lý là cần thiết để đảm bảo ly hợp không bị trượt khi ăn khớp hoàn toàn và cũng không bị ngắt một phần khi bàn đạp không được đạp. Nếu hành trình tự do không chuẩn (quá lớn hoặc quá nhỏ) hoặc nếu ly hợp đã bị mòn nghiêm trọng, người lái có thể gặp khó khăn trong việc ngắt động lực hoàn toàn, dẫn đến việc khó vào số hoặc xe bị giật.
Xy lanh chính của ly hợp (Clutch Master Cylinder)
Xy lanh chính của ly hợp là một bộ phận cốt yếu trong hệ thống điều khiển ly hợp thủy lực. Nó thường được gắn trên tường lửa của khoang động cơ, gần bàn đạp ly hợp. Cấu tạo ly hợp xe ô tô với hệ thống thủy lực bao gồm cần đẩy liên kết với bàn đạp, pít tông xi lanh chính, các lò xo hãm, lò xo côn và một buồng chứa dầu thủy lực (thường dùng chung hoặc riêng biệt với dầu phanh).
Khi người lái đạp bàn đạp ly hợp, cần đẩy sẽ tác động lên pít tông trong xy lanh chính. Sự dịch chuyển của pít tông tạo ra áp suất thủy lực trong buồng dầu. Áp suất này được truyền qua một đường ống dẫn dầu đến xy lanh cắt ly hợp. Lò xo hồi vị bên trong xy lanh chính sẽ liên tục kéo cần đẩy và pít tông về vị trí ban đầu khi bàn đạp được nhả ra, đảm bảo hệ thống luôn sẵn sàng cho lần đạp tiếp theo. Chức năng chính của xy lanh chính là chuyển đổi lực cơ học từ bàn đạp thành áp suất thủy lực, điều khiển quá trình đóng và cắt ly hợp một cách hiệu quả.
Xy lanh cắt ly hợp (Clutch Slave Cylinder)
Xy lanh cắt ly hợp, hay còn gọi là xy lanh con, là bộ phận cuối cùng trong chuỗi điều khiển thủy lực của ly hợp. Nó nhận áp suất dầu thủy lực từ xy lanh chính thông qua đường ống dẫn và chuyển đổi áp suất đó thành lực cơ học để điều khiển càng cắt ly hợp. Cấu tạo ly hợp xe ô tô với xy lanh cắt bao gồm một pít tông bên trong, được đẩy bởi áp suất dầu. Pít tông này sau đó tác động lên một cần đẩy (push rod), cần đẩy này lại tác động lên càng cắt ly hợp.
Hiện nay, các xe thường sử dụng hai loại xy lanh cắt ly hợp chính:
- Loại tự điều chỉnh: Trong loại này, có một lò xo côn hoặc cơ cấu tự điều chỉnh được tích hợp ngay trong buồng xy lanh cắt ly hợp. Lò xo này luôn luôn ép cần đẩy vào càng cắt ly hợp, giữ cho vòng bi cắt ly hợp tiếp xúc nhẹ nhàng với lò xo đĩa (hoặc gần sát). Điều này giúp duy trì hành trình tự do của bàn đạp ly hợp không đổi trong suốt quá trình sử dụng, ngay cả khi đĩa ly hợp bị mòn, giảm thiểu nhu cầu điều chỉnh thủ công.
- Loại có thể điều chỉnh được: Đối với loại này, khi ly hợp bị mòn, vị trí của lò xo đĩa thay đổi, làm cho vòng bi cắt ly hợp không còn áp sát vào lò xo đĩa như ban đầu. Điều này dẫn đến sự thay đổi hành trình tự do của bàn đạp, và người lái sẽ cảm thấy ly hợp bắt đầu ở một vị trí khác. Trong trường hợp này, cần phải điều chỉnh vít lắp ở đầu cần đẩy để đảm bảo càng cắt ly hợp ép sát vào vòng bi, khôi phục lại hành trình tự do chuẩn. Loại này ít phổ biến hơn trên các xe đời mới.
Càng cắt ly hợp (Release Fork)
Càng cắt ly hợp là một đòn bẩy cơ học được điều khiển bởi xy lanh cắt ly hợp (hoặc cáp ly hợp). Trong cấu tạo ly hợp xe ô tô, càng cắt có hình dạng giống một chiếc càng hoặc đòn bẩy, được gắn trên một trục xoay. Một đầu của càng cắt tiếp xúc với cần đẩy từ xy lanh cắt ly hợp, trong khi đầu còn lại ôm lấy vòng bi cắt ly hợp. Khi xy lanh cắt đẩy cần đẩy, càng cắt sẽ xoay quanh điểm tựa, đẩy vòng bi cắt ly hợp tiến vào phía lò xo đĩa của bộ bàn ép. Chức năng chính của càng cắt là chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của cần đẩy thành chuyển động để đẩy vòng bi cắt, từ đó điều khiển quá trình ngắt ly hợp.
Nắp ly hợp (bàn ép) và lò xo đĩa – các thành phần chủ yếu trong cấu tạo ly hợp xe ô tô
Trục sơ cấp hộp số (Input Shaft / Primary Shaft of Gearbox)
Trục sơ cấp hộp số là trục đầu vào của hộp số, nối trực tiếp với đĩa ly hợp thông qua các rãnh then hoa (spline). Khi đĩa ly hợp quay, nó sẽ truyền mô-men xoắn đến trục sơ cấp, sau đó trục này sẽ truyền động lực vào các bánh răng trong hộp số để thay đổi tỷ số truyền. Mặc dù không phải là một phần của bộ ly hợp, nhưng trục sơ cấp có vai trò liên kết trực tiếp với đĩa ly hợp, nên nó rất quan trọng trong việc hoàn thiện hệ thống truyền động. Ổ lót dẫn hướng trong bánh đà giúp định vị đầu ngoài cùng của trục này.
Nguyên lý hoạt động tổng thể của cấu tạo ly hợp xe ô tô
Khi người lái không đạp bàn đạp ly hợp, lò xo đĩa bên trong bộ bàn ép sẽ đẩy đĩa ép kẹp chặt đĩa ly hợp vào bề mặt bánh đà. Lúc này, toàn bộ khối bánh đà, đĩa ly hợp và đĩa ép quay cùng tốc độ với động cơ, truyền mô-men xoắn đến trục sơ cấp hộp số. Đây là trạng thái ly hợp ăn khớp (engaged).
Khi người lái đạp bàn đạp ly hợp, lực từ chân được chuyển đổi thành áp suất thủy lực tại xy lanh chính, sau đó truyền đến xy lanh cắt. Xy lanh cắt đẩy cần đẩy, làm càng cắt ly hợp xoay và đẩy vòng bi cắt ly hợp tiến vào. Vòng bi cắt tác động vào các ngón tay của lò xo đĩa, làm lò xo biến dạng và kéo đĩa ép ra xa khỏi đĩa ly hợp. Khi đĩa ép và đĩa ly hợp tách rời khỏi bánh đà, mô-men xoắn từ động cơ không còn được truyền đến hộp số nữa. Đây là trạng thái ly hợp cắt (disengaged).
Khi nhả bàn đạp ly hợp, áp suất thủy lực giảm, lò xo trong xy lanh chính và lò xo đĩa của bộ bàn ép đưa các bộ phận trở về vị trí ban đầu. Đĩa ép lại kẹp chặt đĩa ly hợp vào bánh đà, khôi phục việc truyền động. Quá trình này diễn ra một cách êm ái nhờ các lò xo giảm chấn trên đĩa ly hợp và tấm đệm đàn hồi, tránh gây sốc cho hệ thống truyền lực.
Kết luận
Hiểu rõ cấu tạo ly hợp xe ô tô là kiến thức nền tảng quan trọng cho mọi chủ xe và kỹ thuật viên. Mỗi bộ phận, từ bánh đà, đĩa ly hợp, đĩa ép cho đến hệ thống điều khiển thủy lực, đều đóng góp vào khả năng vận hành trơn tru và hiệu quả của xe. Nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động không chỉ giúp bạn nhận biết sớm các dấu hiệu hư hỏng mà còn góp phần kéo dài tuổi thọ của hệ thống ly hợp, đảm bảo an toàn và trải nghiệm lái xe tốt nhất.
