1. Hệ thống trợ lực lái thủy lực:
Hệ thống trợ lực lái thủy lực dạng thanh răng trục vít bao gồm van chia và servo xylanh thước lái. Bên cạnh bơm trơ lực lái, bình chứa dầu, ống cao áp và ống hồi là những bộ phận quan trong trong hệ thống trợ lực lái thủy lực. Hệ thống trợ lực dùng áp suất của chất lỏng để làm giảm lực đánh lái, làm cho lái xe điều khiển vô lăng dễ dàng hơn. Thông thường, lực đánh lái là 20N đến 39N. Hơn nữa, hệ thống trợ lực giúp làm tăng khả năng ổn định trong quá trình xe vận hành và ngăn sự rung động dưới tác dụng của mặt đường truyền lên vô lăng. Dầu được bơm trợ lực bơm từ bình chứa đến van chuyển hướng dầu tùy thuộc vào vị trí đánh vô lăng mà dầu được dẫn đến phía bên trái hoặc phải của servo xylanh thước lái. Van chuyển hướng dầu này được xem như là Van Điều Khiển dầu (Hydraulic Control Valve). Dầu trợ lực bên trong xylanh thước lái sẽ tác động lên pít-tông của thanh răng, do đó sẽ có một trợ lực tác động lên thanh răng và cơ cấu bánh răng trục vít thước lái. Các cơ cấu cơ khí khác trong hệ thống lái được bôi trơn bằng mỡ có độ đặc cao. Một số hệ thống được kết kết hợp nhằm làm giảm lực đánh lái ở tốc độ thấp và tăng khả năng lái khi xe hoạt động ở tốc độ cao. Những hệ thống được đề cập trên là hê thống lái trợ lực điện (Electronic Power Steering System – EPS).
Van điều khiển dầu được gắn trên vỏ thước lái và có bốn cửa dầu trên vỏ ngoài thân van. Bơm trợ lực (A) bơm dầu từ bình chứa đến xy lanh thước lái rồi hồi về bình chứa. Khi đánh lái sang trái dầu từ bơm đến xy lanh thước lái qua cửa (D), đồng thời dầu hồi về bình chứa (B) qua cửa (C). Khi đánh lái sang trái, dầu từ bơm đến xy lanh thước lái qua cửa (C) đồng thời dầu hồi về bình chứa (B) qua cửa (D)
Xy lanh là một phần của vỏ thước lái, thanh răng (1) được trang bị một pít-tông (2) và được làm kín bằng các phớt chắn dầu. Dầu từ hai cửa trên thân van điều khiển được đưa đến xy lanh thước lái, trong đó có một cửa vào pít-tông. Khi đánh lái sang phải, dầu trợ lực được bơm đến phía bên phải của xy lanh thước lái, pít-tông và thanh răng được nén sang bên trái, dầu sẽ được chảy ra từ phía trái của xy lanh thước lái. Cao su chụp bụi bên trái sẽ căng phồng lên cùng lúc với bên phải bị nén khi thanh răng di chuyển theo chiều bên trái tương ứng. Sự di chuyển của thanh răng được truyền qua các khớp nối cầu bên trong (3), các thanh nối trong và ngoài tạo thành những thanh dẫn động lái và các khớp cầu có thể xoay được.
Tất cả những khớp nối cầu phía trong và ngoài của thanh dẫn đông lái đều được bôi trơn hoàn toàn và tự điều chỉnh. Việc bôi trơn thêm và điều chỉnh cho các khớp nối này là không cần thiết.
2. Bơm trợ lực, van điều khiển áp lực và lưu lượng dầu:
– Bơm trợ lực
Dầu trợ lực được cung cấp bởi bơm dạng cánh quạt xoay. Bơm này được dẫn động bằng dây dai và puli trục khuỷu động cơ. Cấu tạo bơm bao gồm một rô-to quay có xẻ nhiều rãnh và có một cánh bơm cho mỗi rãnh này, một vành bơm với hai cửa dầu vào và ra. Do hình dạng ô-van của vành bơm nên lương dầu giữa các cánh bơm sẽ tăng và giảm hai lần trong một vòng quay của rô-to bơm. Cửa vào dẫn cho lương dầu tăng đến, còn lượng dầu giảm sẽ đi khỏi cửa ra, kết quả là quá trình bơm sẽ hiệu quả hơn.
Trong quá trình rôto quay, các cánh bơm bị văng ra do tác động của lực li tâm và ép vào vành bơm bởi áp lực của dầu. Dầu sẽ trực tiếp đi vào các rãnh của cánh bơm
– Van điều khiển áp lực & lưu lượng dầu
Van điều khiển có tác dụng điều chỉnh lưu lượng dầu từ bơm sao cho không đổi bất kể với tốc độ vòng quay của động cơ hay bơm. Van điều khiển được đặt một bên của thân bơm và nối trực tiếp với của vào (A), một van tiết chế được đặt bên trong dùng để thông đường dầu (1) đến phía sau của van nơi có chứa một lò xo nén (2). Khi chưa kích hoạt, van sẽ ép vào phía cửa ra. Khi có áp lực cao, một van thoát (3) đặt trong van điều khiển lưu lượng sẽ được kích hoạt bởi áp lực dầu trợ lực và thắng lực ép của lò xo. Để cho van điều khiển lưu lượng hoạt động thì một lượng dầu trợ lực lái sẽ chuyển liên tục qua cửa (A) và (C) mặc dù vô lăng có đánh hết lái vế một phía nào hay không.
Việc xoay vô lăng trong lúc xe đỗ tại chổ khi tốc độ động cơ thấp: Áp lực mà bơm cung cấp thì được nén dần qua van tiết chế tại cửa ra. Áp lực được nén này sẽ đi qua phía lò xo nén của van điều khiển tại thời điểm có sự chênh lêch nhỏ về áp lực giữa hai phía của van. Do tốc độ của bơm thấp, sự chênh lệch áp suất này không đủ để van điều khiển hoạt động.
Việc xoay vô lăng khi tốc độ động cơ cao: Lưu lượng dầu bên trong bơm tăng khi tốc độ động cơ tăng và do đó tốc độ di chuyển của van tiết chế tại cửa ra cũng tăng lên. Áp lực được nén này đi thông qua phía sau lò xo bị nén của van điều khiển và lúc này áp lực sẽ thấp hơn khi nó tác động vào van tại cửa ra. Do đó, van thắng được lực lò xo, mở phía cửa hút cửa bơm và cho một lượng dầu di chuyển tuần hoàn bên trong và giữ cho lưu lượng dầu qua bơm không thay đổi bất kể tốc độ của động cơ hoặc bơm.
Khi vô lăng xoay tới vị trí khóa cứng: Trong trường hợp này, tốc độ của bơm thường thấp. Khi vô lăng xoay đến vị trí khóa cứng (hết sang phải hoặc hết sang trái) thì van điều khiển trên thước lái sẽ đóng, lúc này sẽ không có thêm dầu từ bơm đến thước lái. Do dó, áp lực của dòng dầu chảy sẽ tăng và trực tiếp đi về phía lò xo của van bơm. Áp lực này sẽ mở cửa hút của van cho phép dầu chuyển qua cửa vào của bơm. Sự chênh lệch áp suất này sẽ tác động vào van, làm nó di chuyển ép vào lò xo, mở cửa van và dầu từ bờm sẽ tuần hoàn trong van. Áp lực dầu tối đa được duy trì sao cho nó luôn giữ van ở vị trí đóng.
3. Van điều khiển thủy lực:
– Van điều khiển thủy lực:
Van điều khiển thủy lực bao gồm một ống có thể xoay (1), ống bọc ngoài (2), thanh xoắn (3) và một bánh răng chuyền (4). Trục trung gian của cột lái chính được nối với van điều khiển thông qua một khớp các-đăng. Một đầu thanh xoắn được nối với đầu trên của van bằng chốt (5), đầu còn lại của thanh xoắn được ép nối với bánh răng chuyền. Ống bọc ngoài được gắn với bánh rắng chuyền bởi chốt (6) và xoay cùng với bánh răng chuyền. Ngoài ra còn một khớp nối an toàn giữa ống xoay và bánh răng chuyền để duy trì khả năng lái trong trường hợp thanh xoắn bị gãy. Trên ống bọc ngoài có ba rãnh tròn (7). Dầu trợ lực lái được bơm đến rãnh giữa. Khi vô lăng ở vị trí đi thẳng, van điều khiển mở và dầu chảy qua van trở về bình chứa thông qua các buồng của ống bọc ngoài. Phía trên của bánh răng chuyền có gắn một vòng bi kim và đầu dưới thì gắn vòng bi cầu. Một lò xo nén dạng pít-tông sẽ ép tỳ thanh răng vào bánh răng chuyền. Khi xoay vô lăn, chuyển động này sẽ truyền qua thanh xoắn đến bánh răng chuyền. Do cấu tạo thanh xoắn có một phần có thể đàn hồi nên có sự chênh lệch góc xoay của ống van (quay cùng với trục trung gian của cột lái chính) và ống bọc ngoài mà được cố định với bánh răng chuyền. Kết quả là dầu không thể chảy qua van điều khiển mà trực tiếp trở về bình chứa dầu.
4. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống lái thủy lực:
Khi đi thẳng, dầu được nén qua cửa ‘a’, và đưa đến cửa ‘b’ (bên phải) và cửa ‘c’ (bên trái) xy lanh thước lái. Áp lực của cả hai bên phải và trái của xy lanh thước lái là bằng nhau và dầu sẽ chảy sang về cửa ‘d’ để về bình chứa. Khi đánh lái sang trái, dầu được bơm đến phía bên trái của xi lanh thước lái thông qua rãnh tròn phía trên (cửa ‘b’) của ống xoay. Cúng lúc đó, phía bên trái của xy lanh thước lái dầu sẽ chảy hết ra qua rãnh thấp nhất (cửa ‘c’). Dầu trợ lực sẽ được dẫn xuyên qua van đến buồn phía trên của ống xoay và trở về bình chứa. Khí đámh lái sang phải, thì quá trình ngược lại. Khi thanh xoắn bị xoắn thì dầu trợ lực sẽ ép vào thanh răng thì lúc này tác dụng trợ lực sẽ diễn ra. Sự chệnh lệch giữa ống van xoay và ống bao ngoài sẽ giảm khi dầu trợ lực tác động cùng hướng vào thanh răng và bánh răng chuyền. Khi không còn sự chênh lệch nào thì van sẽ mở đường hồi để cho dầu trở về binh chứa. Một lượng dầu sẽ liên tục luân chuyển tuần hoàn trong van trừ khi vô lăng đánh sang vị trí hết lái. Việc luân chuyển này cũng làm mát dầu trợ lực lái.
