Sự ra đời của hộp số sàn
Được ví như trái tim của hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ làm việc của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên đường. Kể từ khi phát minh nổi tiếng của George Selden về bộ truyền động cầu trước kết hợp với động cơ 3 xi lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi, có rất ít ý tưởng mới phù hợp.
Giới thiệu vào năm 1894, bản phác thảo đầu tiên của hộp số cận đại do hai kỹ sư người Pháp, Louis-Rene Panhard và Emile Levassor đưa ra đã không mang về cho hai ông vinh quang mà ngược lại phải nhận những chỉ trích.
Buổi thuyết trình không thành công, chiếc xe mô hình bị chết máy, nội dung bị cắt bớt chỉ còn trình bày trên bảng đen. Một tờ báo viết "kẻ bịp bợm đã dùng nhiều trò mánh khóe để lừa gạt công chúng hâm hộ cùng với chiếc xe mới”. Có lẽ các nhà phát minh nên bỏ qua buổi nói chuyện công nghệ và sử dụng mô tả vừa đủ. Những gì họ đã làm thật thô thiển.
 |
| Chiếc xe do George Selden thiết kế vào năm 1877. |
Thời ấy, kết cấu truyền động khá đơn giản bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền bánh răng côn. Xe chỉ có thể chạy với tốc độ đa 32 km/h. Khi gặp vật cản trên đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp.
F. W. Lanchester, một trong những người tiên phong trong lĩnh vực ôtô ở Anh, mô tả về chiếc xe của ông gồm hai cấp truyền đai, một cho tốc độ thấp, cần mô-men lớn và một ở tốc độ cao, mô-men nhỏ.
Một năm sau cuộc hộp báo tai tiếng, Panhard and Levassor nổi danh trở lại không những chỉ với riêng hộp số mà còn toàn bộ hệ thống truyền lực. Lần này, họ đã có chiếc xe đầu tiên sẵn sàng chạy khi đạp ga. Bên cạnh đó họ cũng đã có rất nhiều thay đổi về ý tưởng. Thực tế, nó là một mẫu đã đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của xe được xây dựng vào những năm 90 và cả những năm sau đó.
Không giống như mẫu xe hiện thời, thiết kế mới có động cơ đặt dọc phía trước, truyền công suất ra cầu sau thông qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp và cầu chuyển động bằng xích. Nó gần giống như hệ thống truyền lực trên các xe hiện đại, nhưng chưa có vi sai và bán trục chủ động. Tuy nhiên, vào năm 1898, điều này đã trở thành hiện thực khi nhà triệu phú Louis Renault kết nối công suất thành công từ động cơ đặt dọc, qua hộp số tới cầu sau “sống” bằng trục kim loại.
Cầu sau “sống” hay còn gọi là vi sai cầu sau, cái mà Renault đã làm phù hợp với ý tưởng phát triển của một người Mỹ có tên C. E. Duryea vào năm 1893. Vì đã khắc phục vấn đề mòn lốp, nên phát minh này được hầu hết các nhà sản xuất ôtô áp dụng. Vi sai bao gồm một cụm bánh răng răng khớp làm nhiệm vụ phân chia công suất cho hai bánh của cầu sau. Nó cho phép bánh phía ngoài quay nhanh hơn bánh trong khi xe quay vòng.
Năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard-Levassor đã được hiện thực hóa bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô. Dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác thì chúng vẫn còn được sử dụng cho đến thời gian gần đây. Hiển nhiên, đã có những cải tiến, thay đổi quan trọng nhất là hệ thống đồng bộ hóa cho phép quá trình ăn khớp giữa cách bánh răng diễn ra một cách trôi chảy, không phát sinh va đập. Hộp số trang bị bộ đồng tốc được Cadillac sử dụng lần đầu tiên vào năm 1928. Sau khi được Porsche phát triển, phát minh này đã trở nên phổ biến cho đến tận ngày nay.
Khoảng thời gian kể từ khi hộp số sàn xuất hiện cho đến thời điểm phát minh ra bộ đồng tốc, có một sự cố gắng khác cũng nhằm đơn giản quá trình sang số. Đó chính là hộp số có cấu tạo từ bộ truyền bánh răng hành tinh, xuất hiện lần đầu tiên trên mẫu Ford Model T 1908.
 |
| Ford Model T 1908. |
Bộ truyền bánh răng hành tinh bao gồm một bánh răng trung tâm hay còn được gọi là bánh răng mặt trời, một số bánh răng hành tinh ăn khớp xung quanh. Ngày nay, bộ truyền hành tinh được sử dụng trên hộp số tự động nhiều hơn trên số sàn.
Một vài loại số sàn phức tạp sử dụng bánh răng hành tinh đã được đưa ra, Wilson Preselector là một trong những hộp số như thế. Nó từng được sử dụng vào những năm 30. Hệ thống sử dụng 4 bộ truyền bánh răng hành tinh riêng rẽ, cho phép lái xe chọn trước một tỷ số truyền bằng cách di chuyển cần điều khiển nhỏ cạnh trục lái.
Sự ra đời của hộp số tự động
Kể từ khi hộp số Panhard-Levassor ra đời, tất cả các phát minh hay cải tiến khác đều nhằm mục đích làm cho quá trình sang số dễ dàng hơn. Tất nhiên dễ nhất là quá trình chuyển số được thực hiện một cách tự động. Đó là lý do giải thích vì sao Sturtevant, anh trai của Boston, giới thiệu hộp số tự động vào năm 1904.
Quả văng ly tâm điều khiển sự ăn khớp của các bánh răng theo tốc độ, Quá trình sang số không cần đến sự đóng mở của ly hợp. Tuy nhiên bộ truyền này gặp lỗi, trọng lượng thường lệch bề một bên.
Reo đã có một sự cố gắng đầy ý nghĩa vào năm 1934 khi cho ra đời hộp số Reo Self-Shifter gồm hai bộ truyền mắc nối tiếp. Bộ truyền thứ nhất tự động chuyển số bằng cách điều khiển quá trình đóng mở ly hợp ma sát nhiều đĩa theo tốc độ xe. Bộ truyền thứ 2 được điều khiển bằng tay nhưng chỉ sử dụng khi động cơ cần tỷ số truyền thấp.
 |
| Sơ đồ cấu tạo hộp số Reo Self Shifter. |
Năm 1937, Oldsmobile tung ra hộp số bán tự động 4 cấp được gọi “ hộp số an toàn tự động”. Tài xế không cần sử dụng tới bàn đạp ly hợp và cần số khi xe chuyển từ số 1 sang số 2 hoặc từ 3 lên 4. Áp suất dầu điều khiển bộ truyền hành tinh. Điểm sang số được thiết lập sẵn theo tốc độ động cơ. Đã có 28.000 chiếc Oldsmobile 1938 trang bị hộp số này. Khía cạnh an toàn mà các nhà sản xuất đưa ra ở đây: lái xe có thể tập trung trên đường nhiều hơn vì không cần thao tác chuyển số.
Hộp số an toàn xuất hiện như một điềm báo trước sự ra đời của hộp số GM Hydra-Matic vào năm 1939. Ngay sau đó, Oldsmobile đã trang bị cho các mẫu xe phiên bản 1940. Buick đã được trang bị hộp số bán tự động 5 cấp trên bản đặc biệt vào năm 1938, nhưng đã có một số vấn đề phát sinh nên nó chỉ được hiện thực hóa vào những năm tiếp theo.
Hydra-Matic gồm 3 bộ truyền bánh răng hành tinh, điều khiển thủy lực. Bộ kết nối thủy lực làm nhiệm vụ truyền công suất từ động cơ sang hộp số thay cho ly hợp.
Danh tiếng về bộ kết nối thủy lực đi tới Chrysler, nơi đã phát triển mẫu ý tưởng vào năm 1937. Tuy nhiên, Chrysler đã không sử dụng cho đến năm 1941, khi hộp số Chrysler Fluid Drive được giới thiệu. Tuy đây không phải hộp số tự động, nhưng nó là hộp số tiêu chuẩn cùng kết nối thủy lực, không có ly hợp.
Ý tưởng đã có từ lâu, nhưng đến năm 1948 hộp số tự động hoàn toàn mới xuất hiện, sử dụng biến mô thủy lực và bộ truyền bánh răng hành tinh như ngày nay. Chiếc Buick Roadmaster vinh dự là mẫu xe đầu tiên trang bị Dynaflow, một trong những mẫu hộp số tự động hiện đại, như là một option giá 244 USD. Trong vòng 3 năm, 85% Buick đã có Dynaflow.
Một vài phát minh liên quan tới hệ thống truyền lực
Hòa chung vào lịch sử phát triển của hộp số, ngành công nghiệp ôtô cũng chứng kiến sự ra đời của nhiều phát minh khác liên quan tới hệ thống truyền lực.
Trong thời kỳ đầu khởi tạo hộp số, đai ốp da, ly hợp nhiều đĩa, ly hợp ma sát ướt cũng dần được sử dụng phổ biến. Ly hợp đĩa được Duryea sử dụng lần đầu tiên vào năm 1893 nhưng mãi tới năm 1921 thiết kế này mới được Herbert Frood hoàn thiện khi tìm ra vật liệu chịu mài mòn, chống lại hiện tượng cháy đĩa ma sát sau thời gian ngắn sử dụng.
Được sử dụng lần đầu tiên trên chiếc Peerless 1902, đến năm 1908 khớp các đăng được cải tiến sử dụng ổ bi. Hupmobile 1930 mở đường cho việc trang bị ổ bi kim, cái mà vẫn được tồn tại cho đến hiện tại.
Khóa vi sai sử dụng lần đầu tiên trên xe tải năm 1903 với mục đích tăng lực bám cho bánh xe khi đi trên đường trơn trượt, nhưng chúng vẫn không được sử dụng cho mãi đến năm 1956 khi mà Studebaker sản xuất thiết bị này cho xe dân dụng.
Năm 1906, Otto Zachow và William Besserdich xây dựng thành công chiếc xe truyền động 4 bánh. Một năm sau, họ mở công ty có tên gọi Four Wheel Drive Auto Co. Packard tạo ra thêm mốc phát triển mới bằng việc giới thiệu bộ truyền lực chính sử dụng bánh răng công xoắn. Và cũng chính Packard đã đưa bánh răng Hypoid vào cầu sau với mục đích cắt giảm tiếng ồn. Chrysler và DeSoto Airflow cho ra đời bộ khởi động nhanh tự động vào 1934.
Phát triển cuối cùng có lẽ là hộp số tự động vô cấp CVT. Một điều thú vị, sau 100 năm phát triển, người ta lại quay trở về với bộ truyền động đai.
Thế Hoàng