Luận văn Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực xe Hybrid (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực xe Hybrid (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ PHI LONG NGHIÊN CỨU SỰ TRUYỀN VÀ TỔN HAO NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE HYBRID NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 S K C0 0 4 6 5 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ PHI LONG NGHIÊN CỨU SỰ TRUYỀN VÀ TỔN HAO NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE HYBRID NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS. LÂM MAI LONG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
3. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid Dán hình LÝ LỊCH KHOA HỌC 3x4 & đóng mộc giáp lại hình I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Ngô Phi Long Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06/11/1978 Nơi sinh:Tiền Giang Quê quán: 230, xã Tân Thành,Gò Công Đông, Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Giáo viên – Khoa Cơ Khí Động Lực – Trƣờng Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng TPHCM Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 58/5/3, đƣờng số 5, P. Linh Trung, Q. Thủ Đức, TP HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0919446877 Fax: E-mail: ngophilong@caothang.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2007 đến 10/ 2002 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học SPKT Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: MÔ HÌNH HỆ THỐNG KHÓA KHỞI ĐỘNG Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 05/2002, tại trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngƣời hƣớng dẫn: TS. ĐỖ VĂN DŨNG 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2013 đến 10/ 2015 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học SPKT Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Tên luận văn: NGHIÊN CỨU SỰ TRUYỀN VÀ TỔN HAO NĂNG LƢỢNG TRÊN Ô TÔ HYBRID GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang i HVTH : Ngô Phi Long
4. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 24/10/2015, Trƣờng Đại học SPKT Tp. Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Lâm Mai Long 4. Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Tại (trƣờng, viện, nƣớc): Tên luận án: Ngƣời hƣớng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ: 5. Trình độ ngoại ngữ : Trình độ anh văn B 6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2002-nay Trƣờng CĐKT Cao Thắng Giáo viên IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN Ngày 17 tháng 10 năm 2015 (Ký tên, đóng dấu) Ngƣời khai ký tên GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang ii HVTH : Ngô Phi Long
5. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 08 năm 2015 Ký tên GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang iii HVTH : Ngô Phi Long
6. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid CẢM TẠ Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nổ lực cố gắng của bản thân còn có sự hƣớng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng nhƣ sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Tiến Sĩ Lâm Mai Long, ngƣời thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin gởi lời tri ân sâu sắc nhất của tôi đối với những điều mà Thầy đã dành cho tôi. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý Thầy Cô trong Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng nhƣ tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những ngƣời đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn đến các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đƣợc những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2015 Học viên thực hiện GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang iv HVTH : Ngô Phi Long
7. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng trong hệ thống truyền lực xe Hybrid Thời gian nghiên cứu: từ 23/02/2015 đến 23/08/2015 Địa điểm nghiên cứu: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Trên ô tô Hybrid, sử dụng phƣơng án dẫn động hỗn hợp vừa nối tiếp vừa song song. Tùy theo tốc độ mà xe sử dụng phƣơng án nối tiếp hoặc kết hợp lực kéo. Tốc độ thấp, cụ thể tốc độ xe nhỏ hơn 40 km/h. Xe sử dụng phƣơng án nối tiếp. Động cơ xăng dẫn động máy phát điện nạp điện cho accu, tiếp theo accu cung cấp điện cho động cơ điện để truyền lực kéo đến cầu chủ động. Ở trạng thái đƣờng đặc tuyến là moment xoắn của động cơ điện. Ở đây, ta có sự tổn hao năng lƣợng nhƣ sau: Toàn bộ cơ năng của động cơ xăng chuyển thành điện năng nhờ máy phát điện, từ điện năng chuyển thành hóa năng, từ hóa năng của accu lại chuyển thành điện năng để cung cấp cho động cơ điện. Cuối cùng còn tổn hao truyền động cơ khí đến cầu chủ động. Tốc độ cao, cụ thể tốc độ xe lớn hơn 40 km/h. Xe chạy ở chế độ kết hợp lực kéo của động cơ điện và động cơ xăng. Động cơ xăng truyền động dến cần dẫn bộ truyền bánh răng hành tinh. Tại đây, một phần cơ năng tuyền động trực tiếp đến vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh, qua truyền động cơ khí đến cầu chủ động. Phần năng lƣợng còn lại dẫn động bánh răng mặt trời, truyền động cho máy phát để cung cấp điện cho accu và động cơ điện. Động cơ điện truyền động cho vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh, qua truyền động cơ khí đến cầu chủ động. Ở đây, ta có sự tổn hao năng lƣợng theo hai hƣớng: - Tổn hao một phần cơ năng từ động cơ xăng từ cần dẫn bộ truyền bánh răng hành tinh truyền động qua máy phát điện để chuyển thành điện năng, từ điện năng chuyển thành hóa năng, từ hóa năng của accu lại chuyển thành điện năng để cung cấp cho động cơ điện, moment từ động cơ điện dẫn động vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh. GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang v HVTH : Ngô Phi Long
8. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid - Phần cơ năng còn lại của động cơ xăng từ cần dẫn bộ truyền bánh răng hành tinh, truyền động trực tiếp đến vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh. - Công suất kết hợp của động cơ xăng và động cơ điện tại vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh, qua truyền lực cơ khí đến cầu chủ động. Từ vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh đến cầu chủ động, ta còn có tổn hao truyền động cơ khí. Hệ thống này có nhiều ƣu điểm so với các phiên bản chế tạo trƣớc đây. Sử dụng đặc tuyến moment của động cơ điện ở tốc độ thấp để đáp ứng các chế độ moment xoắn cực đại. Công suất của 2 loại động cơ đƣợc phối hợp tại cầu chủ động, ở tốc độ cao để đáp ứng các chế độ công suất tối đa. GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang vi HVTH : Ngô Phi Long
9. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid ABSTRACT Thesis: Research on transmission and loss of energy on Hybrid’s powertrain Research time: FromFebruary 23th, 2015toAugust 23th, 2015 Research location: HCMC University of Technology and Education. The second generation Hybrid uses two ways of transmitting power, series and parallel. Depending on vehicle speed, it will use the compatible way. At low speed, in particular below 40 km/h, the vehicle will use the series way of transmitting. The Gasoline engine drives the generatorand charges the battery, and then the battery will provide electricity to the motor to drive wheels. In this case, there are energy losses as follows: Total energy of Gasoline engine is converted to electricity by generator, that electricity transforms into battery’s chemical energy, and then chemical energy transforms into electricity to provide for motor. Finally, the last loss is on powertrain. At high speed, in particular above 40 km/h, the vehicle combines torque of both motor and Gasoline engine. Gasoline engine transmits energy to planetary carrier. Here, a part of energy is directly transmitted to ring gear and then to drive axle through mechanical transmission. The remaining energy drives sun gear, then drivesgenerator to supply electricity for the battery and motor. The motor drives ring gear and then drive axle due to mechanical transmission. In this case, there are two ways of losing energy: - A part of Gasoline engine’s energy is lost because of a complex transmitting process from mechanical energy into electricity and then from electricity back into mechanical energy to create torque to drive ring gear. - The remaining of Gasoline engine’s energy is transmitted to ring gear from planetary carrier. GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang vii HVTH : Ngô Phi Long
10. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid - Total energy of ring gear supplied by Gasoline engine and motor is transmitted to drive axle due to mechanical transmission. There is another loss from ring gear to drive axle, that is loss of mechanical transmission. This system has many advantages over some early versions. It uses moment curve of electric motor at low speed to create maximum torque. Total power of both Gasoline engine and electric motor is combined at drive axle to meet operating conditions with maximum power at high speed. GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang viii HVTH : Ngô Phi Long
11. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid MỤC LỤC Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Abstract vii Mục lục ix Danh sách cách chữ viết tắt xii Danh sách các hình xiii Danh sách các bảng xv Chƣơng I. TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. 1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và nƣớc ngoài. 1 1.2.1. Khái quát về xe Hybrid II 1 1.2.2. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài nƣớc ngoài. 2 1.2.3. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài trong nƣớc. 2 1.3. Mục đích của đề tài. 3 1.4. Nhận định và đề xuất hƣớng nghiên cứu. 3 1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu. 4 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 4 1.7. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu. 4 Chƣơng II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1. Giới thiệu chung. 5 2.2. Khái niệm về sự tổn hao trong hệ thống truyền lực. 8 2.2.1. Sơ đồ biến đổi năng lƣợng 8 2.2.2. Sự biến đổi năng lƣợng trong hệ thống chuyển động. 12 2.2.3. Thông số động học (TSĐH) của hệ thống truyền lực. 13 GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang ix HVTH : Ngô Phi Long
12. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid 2.2.4. Sự tổn hao năng lƣợng trong hệ thống truyền lực. 14 2.2.5. Sự tổn hao năng lƣợng trên ô tô Hybrid II. 18 2.2.5.1. Ô tô vận hành ở tốc độ thấp. 18 2.2.5.2. Ô tô chuyển động ở tốc độ cao. 19 2.2.6. Tính toán tổn hao năng lƣợng các cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực xe Hybrid II. 20 2.2.6.1. Máy phát điện MG1. 20 2.2.6.2. Ắc quy điện áp cao HV. 21 2.2.6.3. Động cơ điện MG2. 23 Chƣơng III. SỰ TRUYỀN NĂNG LƢỢNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE HYBRID II 26 3.1. Tổng quát hệ thống truyền lực trên ô tô. 26 3.2. Tổng quát hệ thống truyền lực xe Hybrid II. 26 3.3. Các kí hiệu qui ƣớc. 29 3.3.1. Động cơ đốt trong 29 3.3.2. Động cơ điện (MG2) 29 3.3.3. Máy phát (MG1) 30 3.4. Các trạng thái chuyển động của xe. 30 3.4.1. Khởi động động cơ. 30 3.4.2. Dẫn động bằng động cơ điện MG2. 32 3.4.3. Tăng tốc nhẹ bằng động cơ xăng. 34 3.4.4. Xe chạy ở tải nhỏ. 35 3.4.5. Xe chuyển động ở trạng thái tăng tốc mạnh. 36 3.4.6. Xe chạy lùi. 38 3.5. Các trạng thái tái tạo năng lƣợng. 38 3.5.1. Xe giảm tốc. 38 3.5.2. Phanh bằng động cơ. 40 Chƣơng IV. SỰ TRUYỀN NĂNG LƢỢNG VÀ TỔN HAO TRÊN XE HYBRID II. 42 GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang x HVTH : Ngô Phi Long
13. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid 4.1. Năng lƣợng từ động cơ truyền qua bộ truyền bánh răng hành tinh. 42 4.1.1. Quan hệ moment. 42 4.1.2. Quan hệ vận tốc góc. 42 4.2. Tổ hao năng lƣợng trong quá trình chuyển động của ô tô. 44 4.2.1. Xe vận hành và tăng tốc nhẹ. 44 4.2.1.1. Moment kéo tại cầu chủ động và đƣờng đặc tính. 45 4.2.1.2. Hiệu suất truyền động và tổn hao năng lƣợng. 46 4.2.2. Vận tốc xe trên 40 km/h. 47 4.2.2.1. Công suất kéo kết hợp hai loại động cơ và đƣờng đặc tính. 48 4.2.2.2. Hiệu suất hệ thống truyền động và tổn hao năng lƣợng. 51 Chƣơng V. CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ BẢN 55 5.1. Phƣơng trình cân bằng lực kéo và đồ thị. 55 5.1.1. Phƣơng trình cân bằng lực kéo. 55 5.1.2. Đồ thị cân bằng lực kéo. 57 5.2. Các thông số động lực học. 60 5.2.1. Xác định vận tốc cực đại của xe Vmax. 60 5.2.2. Xác định gia tốc cực đại của ô tô jmax. 61 5.2.3. Xác định khả năng leo dốc cực đại của ô tô max. 62 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang xi HVTH : Ngô Phi Long
14. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BMTL : Biến mô thủy lực. CVT : Continuously Variable Transmission – Hộp số tự động vô cấp. ECU : Electronic Control Unit - Bộ điều khiển bằng điện tử HS : Hộp số. HTTL : Hệ thống truyền lực. HV : High – Voltage. Ắc quy điện áp cao. LHTL : Ly hợp thủy lực. MG1 : Motor Generator 1- Máy phát điện MG1 MG2 : Motor Generator 2- Động cơ điện MG2 TSĐH : Thông số động học. GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang xii HVTH : Ngô Phi Long
15. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Hình dạng xe Pirus II 5 Hình 2.2: Màn hình đa thông tin 6 Hình 2.3: Toyota Prius - xe tiết kiệm nhiên liệu nhất tại Mỹ 7 Hình 2.4: Các đặc tính vào và ra tại các điểm khác nhau trong hệ thống truyền lực. 8 Hình 2.5: Sơ đồ dòng năng lƣợng trên xe Hybrid II 9 Hình 2.6: Đƣờng đặc tuyến moment của động cơ xăng. 10 Hình 2.7: Đƣờng đặc tuyến moment tại vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh ở trang thái không tải. 11 Hình 2.8: Đƣờng đặc tuyến moment kéo kết hợp tại cầu chủ động. 11 Hình 2.10: Biến thiên lý thuyết của M ,, phụ thuộc vào tốc độ góc 16 Hình 2.11: Sơ đồ tổn hao năng lƣợng khi xe vận hành. 18 Hình 2.12: Sơ đồ đƣờng truyền moment ở tốc độ thấp. 19 Hình : 2.13: Năng lƣợng truyền đến cầu chủ động 19 Hình 2.14: Sơ đồ đƣờng truyền moment ở tốc độ cao. 20 Hình 2.15: Ắc quy điện áp cao (HV). 22 Hình 2.16: Động cơ điện 3 pha rotor nam châm vĩnh cửu 24 Hình 2.17: Cụm truyền động cơ khí đến cầu chủ động 25 Hình 3.1: Sơ đồ truyền lực đến cầu chủ động 26 Hình 3.2: Cụm truyền động xe Hybrid II 27 Hình 3.3: Các cụm chi tiết hệ thống truyền lực xe hybrid II 28 Hình 3.4: Bánh đà và khớp nối giảm chấn 28 Hình 3.5: Công suất khởi động động cơ 30 Hình 3.6: Biểu đồ moment truyền động khởi động 31 Hình 3.7: Sơ đồ truyền động và biểu đồ moment khi phát điện 32 Hình 3.8: Sơ đồ truyền lực và biểu đồ moment từ động cơ điện MG2 32 Hình 3.9: Xe vận hành bằng MG2 và khởi động động cơ 33 Hình 3.10: Sơ đồ truyền năng lƣợng và biểu đồ moment theo kiểu song song 34 GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang xiii HVTH : Ngô Phi Long
16. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid Hình 3.11: Sơ đồ truyền năng lƣợng và biểu đồ moment kết hợp 35 Hình 3.12: Sơ đồ truyền năng lƣợng và biểu đồ moment ở trạng thái tải nhỏ 36 Hình 3.13: Năng lƣợng bổ sung cho trạng thái gia tốc cực đại. 37 Hình 3.14: Sơ đồ tuyền năng lƣợng và biểu đồ moment ở chế độ tăng tốc 37 Hình 3.15: Sơ đồ truyền năng lƣợng và biểu đồ moment ở trạng thái chạy lùi 38 Hình 3.16: Năng lƣợng đƣợc tái sinh. 39 Hình 3.17: Sơ đồ truyền năng lƣợng và biểu đồ moment ở trạng thái giảm tốc 40 Hình 3.18: Sơ đồ truyền năng lƣợng và biểu đồ moment ở trạng thái phanh bằng động cơ. 41 Hình 4.1: Bánh răng hành tinh của hộp số Hybrid II 43 Hình 4.2: Ô tô vận hành bằng động cơ điện MG2 44 Hình 4.3: Sự truyền năng lƣợng khi xe khởi hành 45 Hình 4.4: Đặc tuyến moment. 46 Hình 4.5: Lực kéo kết hợp từ 2 nguồn năng lƣợng. 48 Hình 4.7: Sơ đồ dòng năng lƣợng 49 Hình 4.9: Sơ đồ truyền năng lƣợng. 52 Hình 5.1 : Sơ đồ phân phối moment của động cơ. 55 Hình 5.2 : Đồ thị cân bằng lực kéo. 58 Hình 5.3: Moment tại vành răng bộ truyền hành tinh 59 GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang xiv HVTH : Ngô Phi Long
17. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1: Thông số động cơ đốt trong 29 Bảng 3.2: Thông số động cơ điện 29 Bảng 3.3: Thông số máy phát 30 GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang xv HVTH : Ngô Phi Long
18. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid Chƣơng 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. Cách đây hơn thế kỷ, các mẫu xe tƣơng tự nhƣ xe Hydrid ngày nay đã ra đời tại Pháp, Áo Trong giai đoạn nửa đầu thế kỷ trƣớc, còn có nhiều tên tuổi khác tham gia chế tạo xe Hybrid nhƣ General Electric và Woods Motor Vehicle ( đều của Mỹ), Siemenns-Schukert (Đức). Nhìn chung, những mẫu xe Hybrid của thế kỷ trƣớc nhằm mục đích tăng tốc độ xe, đồng thời với giá nhiên liệu rẻ lúc bấy giờ, và không có bất cứ quy định nào về khí thải khiến cho ngƣời sử dụng ô tô và xe máy đều không quan tâm tới các hệ thống động cơ lạ này. Ngày nay, phƣơng tiện ô tô phát triển mạnh, cũng chính vì thế mà tình trạng ô nhiễm không khí do khí thải từ ô tô ngày nay trầm trọng hơn. Tình trạng cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống là mối đe doạ cho nền kinh tế các nƣớc. Do đó, nhiều giải pháp kỹ thuật đã đƣợc ra đời nhƣ : ô tô chạy điện, ô tô dùng pin nhiên liệu, động cơ khí nén v.v tuy nhiên, những kỹ thuật kể trên vẫn chƣa thể đƣa vào sử dụng vì còn nhiều giới hạn về công nghệ. Bên cạnh những giải pháp trên, các nhà kỹ thuật quan tâm đến công nghệ Hybrid. Đây là giải pháp đƣợc coi là thành công hiện nay nhằm tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng và tăng hiệu suất động cơ. Các ô tô Hybrid này đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi ở các nƣớc phát triển nhƣ châu Âu, Mỹ , Nhật vì vậy, nghiên cứu công nghệ ôtô hybrid là cần thiết, nên tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu là : “Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực xe Hybrid”. 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và nƣớc ngoài. 1.2.1. Khái quát về xe Hybrid. Xe Hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong, động cơ điện dùng năng lƣợng từ ắc quy và máy phát điện. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào vận hành đồng bộ. Xe Hybrid đạt hiệu suất cao so với ô tô sử dụng động cơ đốt trong, giảm thiểu ô GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang 1 HVTH : Ngô Phi Long
19. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid nhiễm môi trƣờng. Các hệ thống Hybrid kết hợp hai nguồn động lực khác nhau, một động cơ xăng và một động cơ điện cùng đƣợc lắp trên một ô tô. Mục đích của việc này là tận dụng tối đa lợi ích của các nguồn động lực khác nhau, hạn chế những thiếu sót của chúng, nhằm đạt đƣợc hiệu quả cao nhất. 1.2.2. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài nƣớc ngoài. Năm 1990 các kỹ sƣ đã nghĩ tới việc kết hợp các nguồn năng lƣợng khác nhau lại với nhau. Vào năm 1905, kỹ sƣ ngƣời Mỹ tên Hiper đã đề nghị cấp bằng sáng chế về một dạng động cơ kết hợp giữa xăng và điện nhƣ các động cơ Hybrid ngày nay. Nhờ phát minh ra hệ thống khởi động điện năm 1913, động cơ xăng trở nên phổ biến bởi nó dễ khởi động và tốt hơn so với động cơ hơi nƣớc và động cơ điện, lúc đó xe Hybrid tạm thời mất vị trí đứng đầu. Nhƣng với việc tăng giá dầu đột biến năm 1970 và những vấn đề về môi trƣờng ngày càng nghiêm trọng do khí thải xe hơi thải ra, thì ngành công nghiệp ô tô lại quay về với phát minh của 70 năm trƣớc và xe Hybrid chính thức trở thành hiện thực năm 2000. Song song với sự ra đời của xe Hybrid, đã có không ít những phát minh và đề tài nghiên cứu về xe ô tô sử dụng nguyồn năng lƣợng phi truyền thống khác nhƣ gas, hidro, nƣớc tuy nhiên, xe Hybrid ngày càng phổ biến trên thới giới. Các hãng xe Toyota, Honda, Ford lần lƣợt cho ra đời những mẫu xe Hybrid. Hầu nhƣ các nhà phân tích công nghiệp dự đoán xe Hybrid vẫn là xu hƣớng đúng đắn cho tƣơng lại và đƣợc phát triển trong những năm tới. 1.2.3. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài trong nƣớc. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu nguồn nguyên liệu phi truyền thống ( năng lƣợng mặt trời, điện, gas, khí đốt tự nhiên, ) vì vấn đề môi trƣờng nhằm làm giảm ô nhiễm và làm cho môi trƣờng sạch hơn. Hiện nay đã có nhiều đề tài nghiên cứu ô tô sử dụng gas, điện tại các trƣờng học, các viện nghiên cứu ở Việt Nam. Ô tô Hybrid đã xuất hiện khá nhiều ở nƣớc ta. Mặt khác nguồn năng lƣợng truyền thống không phải là vô hạn. Tiến hành nghiên cứu các phƣơng án phối hợp động cơ xăng – điện trên ô tô trên quan điểm đảm bảo động lực học chuyển động là việc làm khả thi ở nƣớc ta hiện nay, vì các hãng xe trên thế giới đã thành công và GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang 2 HVTH : Ngô Phi Long
20. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid bán ra thị trƣờng. Từ việc nghiên cứu này sẽ cho ta thấy ô tô Hybrid vừa tận dụng tối ƣu nguyồn năng lƣợng để chạy xe, đồng thời giảm ô nhiễm môi trƣờng. Ở Việt Nam, ô tô Hybrid sẽ ngày càng chiếm ƣu thế hơn so với các loại xe khác. Chính vì thế các nghiên cứu về xe Hybrid sẽ ngày càng nhiều hơn và ứng dụng một cách hiệu quả các nghiên cứu này trên các đời xe Hybrid về sau. 1.3. Mục đích của đề tài. Động cơ xăng đặt trên ô tô có đặc tính công suất khác xa so với đặc tính công suất lý tƣởng. Nhƣ vậy, khi hai nguồn công suất động cơ xăng và động cơ điện đƣợc dùng chung trên ô tô, chúng đƣợc kết hợp lại theo phƣơng án nào và nó có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến tính chất động lực học chuyển động của ô tô. Trên cơ sở đó, tôi phân tích, đánh giá và so sánh các phƣơng án để đề xuất phƣơng án tối ƣu nhất. Qua đó cũng đánh giá đƣợc sự tổn hao năng lƣợng trong quá trình truyền năng lƣợng, trong quá trình chuyển đổi năng lƣơng. 1.4. Nhận định và đề xuất hƣớng nghiên cứu. Tôi chọn đề tài trong lĩnh vực này nhằm đạt đƣợc các mục tiêu sau khi sau khi thực hiện: - Sự truyền năng lƣợng trên xe Hybrid hoạt động nhƣ thế nào. - Đặc tính kết hợp song song công suất của động cơ xăng, động cơ điện có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến tính chất kéo của xe. - Tính chất động lực học của xe Hybrid phối hợp công suất giống và khác nhau nhƣ thế nào so với xe thông thƣờng. - Sự tổn hao khi khi truyền năng lƣợng đến cầu chủ động. Các đề tài nghiên cứu trƣớc đây chỉ giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ô tô Hybrid một cách chung, không đi sâu vào một vấn đề cụ thể là phối hợp hai động cơ xăng và điện nhƣ thế nào để truyền năng lƣơng đảm bảo động lực học chuyển động của ô tô. Sự tổn hao công suất nhƣ thế nào trong quá trình truyền năng lƣợng. Để ôtô Hybrid có hiệu suất cao hơn ô tô sử dụng động cơ xăng. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài thì việc lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang 3 HVTH : Ngô Phi Long
21. Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid lý thuyềt đối với xe ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng xăng và điện là phù hợp. Phƣơng pháp tính toán lý thuyết sẽ đƣa ra những kết luận đánh giá mang tính khoa học về loại xe ôtô đƣợc sử dụng nhiều ở Việt Nam trong tƣơng lai gần. 1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu. Trên cơ sở tôi nghiên cứu ô tô Hybrid song song về mặt lý thuyết theo quan điểm: - Xe truyền năng lƣợng từ động cơ điện khi công suất kéo nhỏ (năng lƣợng lấy từ accu điện áp cao). - Sự truyền năng lƣợng kết hợp từ động cơ nhiệt, động cơ điện khi công suất kéo lớn. - Sự tổn hao năng lƣợng khi vận hành máy phát, năng lƣợng nạp accu, chuyển đổi điện áp để cung cấp cho động cơ điện. 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Đề tài này là bƣớc khởi đầu mà tiếp theo là đi vào tính toán thiết kế và chế tạo ô tô mới tại Việt Nam với mục tiêu là: - Nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu. - Góp phần làm giảm ô nhiễm môi trƣờng. - Góp phần cho việc nghiên cứu về tính kinh nhiên liệu ô tô. 1.7. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu. Đề tài nghiên cứu dựa trên các kiến thức sau: - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực xe Toyota Pirus II. - Nghiên cứu sự truyền năng lƣợng. - Nghiên cứu tổn hao trong quá trình truyền năng lƣợng. GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang 4 HVTH : Ngô Phi Long
22. S K L 0 0 2 1 5 4