Luận văn Nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên 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 NGUYỄN ĐỨC QUÝ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ ĐÁNH GIÁ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU TRÊN XE HYBRID S K C 0 0 3 96 51 93 NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ, MÁY KÉO – 605246 S K C 0 0 3 7 8 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KS. NGUYỄN ĐỨC QUÝ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ ĐÁNH GIÁ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU TRÊN XE HYBRID NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ – MÁY KÉO MÃ NGÀNH: 605246 Hướng dẫn khoa học: TS. LÂM MAI LONG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
3. BỘ GIÁO DỤC  ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên học viên: NGUYỄN ĐỨC QUÝ MSHV: 10025246004 Chuyên ngành: Khai thác và bảo trì ô tô - máy kéo Khóa: 2010 – 2012 Tên đề tài: Nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui định) của một luận văn thạc sĩ. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)
4. LÍ LỊCH KHOA HỌC I. LÍ LỊCH SƠ LƯỢC Họ và tên: NGUYỄN ĐỨC QUÝ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25/02/1986 Nơi sinh: Hà Tĩnh Quê quán: Cẩm Hà - Cẩm Xuyên - Hà Tĩnh Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: số 154, tổ 2, khu phố 11, phường An Bình, Biên Hòa-Đồng Nai Điện thoại liên lạc: 01695193334 Điện thoại cơ quan: Fax: E – mail: duc_quy20052000@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 2004 đến 2009 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án: Phân tích hệ thống truyền lực và điều khiển trên xe Hybrid Prius Ngày bảo vệ đồ án: 3/2009 Người hướng dẫn: Ths. Dương Tuấn Tùng 2. Cao học Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 2010 đến 2012 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 01/06/2009 đến nay Khoa Xe-Máy, trường trung cấp nghề Giảng dạy Cơ Điện Đông Nam Bộ i
5. 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 chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 (Ký và ghi rõ họ tên) ii
6. CẢM TẠ Với khoảng thời gian hai năm học Cao học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, em đã tích lũy được nhiều kiến thức bổ ích và nâng cao được khả năng tự nghiên cứu về chuyên môn của mình. Cùng với nổ lực của bản thân trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, hôm nay luận văn đã được hoàn thành. Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến: Thầy TS. Lâm Mai Long: là người đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn chuyên môn trong những lúc gặp khó khăn nhất. Ban giám hiệu, phòng sau Đại học và khoa Cơ khí động lực trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập tại trường. Các thầy cô tham gia giảng dạy cao học. Gia đình và bạn bè đã động viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 Học viên: Nguyễn Đức Quý iii
7. TÓM TẮT Sự phát triển của xe cộ sử dụng động cơ đốt trong, đặc biệt là ô tô, là một trong những thành tựu lớn nhất của kỹ thuật hiện đại. Ô tô đã có những đóng góp to lớn trong sự phát triển của xã hội hiện đại bằng cách làm thỏa mãn nhu cầu vận chuyển hàng ngày. Tuy nhiên, một lượng lớn ô tô được sử dụng trên khắp thế giới đã và đang gây ra những vấn đề nghiêm trọng đối với môi trường và cuộc sống con người. Sự ô nhiễm không khí, hiện tượng ấm lên toàn cầu, và sự cạn kiệt nhanh chóng của nguồn dầu mỏ là vấn đề được quan tâm hàng đầu hiên nay. Trong các thập niên gần đây, những hoạt động nghiên cứu và phát triển liên quan đến giao thông đã chú trọng đến việc phát triển phương tiện giao thông hiệu suất cao, sạch và an toàn. Những xe điện, xe lai điện, và xe sử dụng pin nhiên liệu đã được đề xuất để thay thế cho những phương tiện truyền thống trong tương lai không xa. Trong luận văn này, tác giả chỉ tập trung “nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid “. Tuy nhiên, do thời gian làm luận văn có hạn nên tác giả chỉ nghiên cứu một số nội dung sau: Chương 1. Tổng quan Chương 2. Giới thiệu chung về xe Hybrid Chương 3. Cơ sở lý thuyết về tính toán tiêu hao nhiên liệu Chương 4. Tổn hao năng lượng -Tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid Chương 5. Công nghệ tiết kiệm nhiên liệu trên xe Hybrid Chương 6. Kết luận iv
8. ABSTRACT The development of internal combustion engine vehicles, especially automobiles,is one of the greatestachievements of modern technology.Automobiles have made great contributions to the growth of modern society by satisfying many of its needs for mobility in everyday life. However, the large number of automobiles in use around the world has caused and continues to cause serious problems for the environment and human life. Air pollution, global warming, and the rapid depletion of the Earth’s petroleum resources are now problems of paramount concern. In recent decades, the research and development activities related to transportation have emphasized the development of high efficiency, clean, and safe transportation. Electric vehicles, hybrid electric vehicles, and fuel cell vehicles have been typically proposed to replace conventional vehicles in the near future. In this thesis, the author focused "research about the assessment problem fuel consumption on Hybrid vehicles ". Because of time limit, so reseacher just mentioned some main parts as the followings: Chapter 1. Overview Chapter 2. Introduction of Hybrid vehicle Chapter 3. Basic theory of operating fuel economy Chapter 4. The energy loss -Fuel economy on Hybrid vehicle Chapter 5. Fuel saving technologies on hybrid Chapter 6. Summary v
9. MỤC LỤC Nội dung Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hướng dẫn Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các hình ix Chương 1. Tổng quan 1 1.1. Sự ra đời của xe Hybrid 1 1.2. Mục đích của đề tài 4 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài 4 1.4. Phương pháp nghiên cứu 4 1.5. Điểm mới của luận văn 4 Chương 2. Giới thiệu chung về ô tô Hybrid 5 2.1. Khái niệm chung 5 2.2. Xu hướng phát triển của ô tô Hybrid 5 2.3. Phân loại ôtô hybrid 6 2.4.Mô hình tổng quát của ôtô hybrid 11 2.4.1. Động cơ đốt trong 13 2.4.2. Hộp số và bộ phân phối công suất (Hybrid Transaxle) 14 2.4.3. Motor điện và máy phát điện 15 vi
10. 2.4.4. Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter) 16 2.4.5. Ắc-quy điện áp cao. (HV Battery - High Volt Battery) 16 2.4.6. Cáp nguồn 17 2.5. Các chế độ hoạt động của xe Hybrid 18 Chương 3. Cơ sở lí thuyết 25 3.1. Tính kinh tế nhiên liệu của ô tô 25 3.1.1. Các chỉ tiêu kinh tế nhiên liệu của ô tô 25 3.1.2. Phương trình tiêu hao nhiên liệu của động cơ 26 3.1.3. Đường đặc tính nhiên liệu khi ô tô chuyển động ổn định 28 3.2 Động cơ điện 33 3.3. Máy phát 37 3.4. Ắc quy cao áp ( hight voltage battery): 38 3.5. Phanh tái tạo năng lượng: 44 3.6. Hướng nghiên cứu tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid 45 Chương 4. Tổn hao năng lượng – tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybird 48 4.1. Tổn hao năng lượng trong trạng thái 1 48 4.1.1. Đặt vấn đề 48 4.1.2. Sơ đồ biến đổi năng lượng 49 4.1.3. Sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền lực 50 4.1.4. Sự tổn hao năng lượng 52 4.2. Tổn hao năng lượng trong trạng thái 2 53 4.2.1.Công suất của máy phát điện 54 4.2.2. Công suất của ắc quy 58 42.3. Công suất của động cơ điện 61 4.3 . Tổn hao năng lượng trong trạng thái 3 63 vii
11. 4.3.1 . Giới thiệu chung 64 4.3.1.1. Động cơ điện (MG2) 65 4.3.1.2. Máy phát điện (MG1) 65 4.3.1.3. Bộ phân chia công suất - PSD 66 4.4 . Tính toán tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid 70 4.4.1 . Sơ đồ đường truyền năng lượng trên xe Hybrid 70 4.4.2 . Công suất của động cơ điện 71 4.4.3 . Công suất của ắc quy 73 Chương 5. Công nghệ tiết kiệm nhiên liệu trên xe Hybrid 78 5.1. Giảm kích cỡ của động cơ 78 5.2. Chu kì có tỉ số giãn nở cao (chu kì Atkinson/Miller) 80 5.3. Hệ thống Start-Stop 81 5.4. Trợ lực động cơ điện 82 5.5. Phanh tái tạo năng lượng 83 Chương 6. Kết luận 89 6.1. Đánh giá đề tài 89 6.2. Kiến nghị 89 Tài liệu tham khảo 91 viii
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Sự phát triển của ô tô giảm ô nhiễm môi trường 2 Hình 2.1a. Hệ thống hybrid nối tiếp 7 Hình 2.1b. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp 8 Hình 2.2a. Hệ thống hybrid song song 9 Hình 2.2b. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song 9 Hình 2.3a. Hệ thống hybrid hỗn hợp 10 Hình 2.3b. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp 10 Hình 2.4. Một dạng ôtô Hybrid kiểu phối hợp công suất song song 11 Hình 2.5. Sơ đồ ôtô hybrid kiểu hỗn hợp 12 Hinh 2.6. Một dạng ôtô hybrid kiểu hỗn hợp 12 Hình 2.7. Động cơ đốt trong, hộp số của ôtô hybrid (Toyota Prius) 13 Hình 2.8. Ôtô VW Touareg Hybrid 2009 14 Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của bộ phân phối công suất 15 Hình 2.10. Bộ chuyển đổi điện và sơ đồ nguyên lý hoạt động 16 Hình 2.11a. Ắc-quy điện áp cao trên Toyota Prius 17 Hình 2.11b. Ắc-quy điện áp cao trên VW Touareg 17 Hình 2.12. Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao 17 Hình 2.13. Sơ đồ ở các chế độ làm việc 18 Hình 2.14. Nạp điện cho ắc quy khi khởi động. 18 Hình 2.15. Quá trình khởi động làm quay trục khuỷu động cơ 19 Hình 2.16. Động cơ điện dẫn động các bánh xe chủ động 19 Hình 2.17. Biểu đồ ở chế độ sẵn sàng khởi hành 20 Hình 2.18. Sơ đồ ở chế độ chạy xe bình thường 21 Hình 2.19. Biểu đồ ở chế độ chạy xe bình thường 21 ix
13. Hình 2.20. Sơ đồ ở chế độ tăng tốc tối đa 22 Hình 2.21. Biểu đồ ở chế độ tăng tốc tối đa 22 Hình 2.22. Sơ đồ ở chế độ giảm tốc và phanh 23 Hình 2.23. Biểu đồ ở chế độ giảm tốc và phanh 23 Hình 2.24. Sơ đồ ở chế độ lùi xe 24 Hình 3.1. Đường đặc tính ngoài của động cơ 27 Hình 3.2. Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ 29 Hình 3.3. Đồ thị cân bằng công suất của ô tô ứng với các hệ số cản khác nhau của mặt đường 30 Hình 3.4. Sự Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ô tô khi chuyển động ổn định 32 Hình 3.5. Sơ đồ mặt cắt ngang động cơ điện 34 Hình 3.6. Mô-tơ điện của xe Toyota Prius 34 Hình 3.7. Đặc tính tốc độ ngoài của moment đối với các loại động cơ điện một chiều35 Hình 3.8. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 36 Hình 3.9. Đồ thị quan hệ momen, công suất và tốc độ của máy phát 38 Hình 3.10. Hình dáng bên ngoài HV ắc quy 38 Hình 3.11. Các bộ phận chính của HV ắc qui trên xe Prius 39 Hình 3.12. Đặc tính dung lượng ắc quy 42 Hình 3.13. Đặc tuyến Volt - Ampere 43 Hình 3.14. Phanh tái tạo năng lượng 44 Hình 3.15. Các trạng thái làm việc của xe Hybrid 46 Hình 4.1. Đường truyền năng lượng ở trạng thái 1 48 Hình 4.2. Các đặc tính vào và ra tại các điểm khác nhau trong hệ thống truyền lực với hệ thống cơ khí 49 Hình 4.3. Đường truyền năng lượng ở trạng thái 2 53 Hình 4.4. Sơ đồ máy phát điện xoay chiều 54 Hình 4.5. Sơ đồ mạch điện động cơ điện 61 x
14. Hình 4.6. Đường truyền năng lượng ở trạng thái 3 63 Hình 4.7. Giới thiệu chung về hệ thống truyền động 64 Hình 4.8. Động cơ điện MG2 65 Hình 4.9. Máy phát điện MG1 66 Hình 4.10. Cấu tạo bộ phân chia công suất 67 Hình 4.11. Cách sắp xếp các bánh răng trong bộ PSD 68 Hình 4.12. Ký hiệu trên bánh răng hành tinh 69 Hình 4.13. Sơ đồ truyền năng lượng 71 Hình 4.14. Sơ đồ truyền công suất của trục M 72 Hình 4.15. Đường đặc tính ngoài động cơ điện 72 Hình 4.16. Các chế độ làm việc của xe Hybrid 73 Hình 4.17. Sơ đồ truyền công suất của ắc quy 74 Hình 4.18. Đặc tính của máy phát điện 74 Hình 4.19. Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ 76 Hình 4.20. Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ô tô khi chuyển động ổn định 77 Hình 5.1. Động cơ đốt trong Prius 78 Hình 5.2. Nồng độ chất ô nhiễm theo λ 79 Hình 5.3. Đặc tính ngoài của động cơ 79 Hình 5.4. Chu trình Atkinson 80 Hình 5.5. So sánh giữa 2 chu trình 81 Hình 5.6. Chức năng stop-start dùng trên xe 82 Hình 5.7. Sơ đồ phanh tái tạo năng lượng 84 xi
15. Chương 1 Tổng quan Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Sự ra đời của xe Hybrid Sự phát triển của xe cộ sử dụng động cơ đốt trong, đặc biệt là ô tô, là một trong những thành tựu lớn nhất của kỹ thuật hiện đại. Ô tô đã có những đóng góp to lớn trong sự phát triển của xã hội hiện đại bằng cách làm thỏa mãn nhu cầu vận chuyển hàng ngày. Không giống với các ngành công nghiệp khác, sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp ô tô đã thúc đẩy sự phát triển của xã hội loài người từ một xã hội thấp tới một xã hội có nền công nghiệp phát triển cao. Ngành công nghiệp ô tô và các ngành công nghiệp phụ trợ khác đã trở thành trụ cột của nền kinh tế thế giới và thu hút số lượng lao động lớn nhất. Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe , nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó càng cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể. Các xe chạy bằng Diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi. Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô nói riêng và mọi người nói chung. Ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, như: hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid) Trang 1
16. Chương 1 Tổng quan Hình 1.1 Sự phát triển của ô tô giảm ô nhiễm môi trường Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường. Có thể nói, công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái. Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ô tô này. Trong tương lai thì những chiếc xe tiết kiệm nhiên liệu sẽ thay thế dần những xe chạy xăng truyền thống. Vì vậy xe những chiếc xe Hybird sẽ được đưa vào đào tạo tại cái trường đại học và cao đẳng trong thời gian không xa. Để đón đầu xu thế đó, Trang 2
17. Chương 1 Tổng quan đề tài này tập trung ‘‘ nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid ’’. Một chiếc xe chạy xăng bình thường và một chiếc xe hybrid có cùng công suất, cùng khối lượng và chạy trên một quãng đường như nhau thì xe nào tiêu thụ lượng xăng nhiều hơn ? Nếu tiết kiệm hơn thì vấn đề nào giúp cho xe tiết kiệm nhiên liệu hơn. Có rất nhiều công trình đã nghiên cứu về vấn đề xe Hybrid : Các nghiên cứu ngoài nước : Modern electric, Hybrid electric, and Fuel cell Vehicles Fundamentals, Theory and Design của đồng tác giả Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E. Gay, Ali Emadi. Nghiên cứu này đề cập đến những vấn đề cơ bản của xe điện, xe Hybrid và pin nhiên liệu. Trong xe Hybird nói riêng thì nghiên cứu này chỉ rõ các hệ thống truyền công suất cũng như việc tích trữ năng lượng trên xe. Các vấn đề này cũng là cơ sở tốt để nghiên cứu tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid. Investigation of the effectiveness of regenerative braking for EV and HEV của tác giả Y. Gao, L. Chen, và M. Ehsani. Nghiên cứu này đề cập đến hệ thống phanh tái sinh trên xe điện và xe lai điện, tính toán sự tiêu thụ năng lượng trong lúc phanh cũng như công suất và năng lượng phanh ở bánh trước và bánh sau. Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của xe điện và xe lai điện là chúng có khả năng thu lại một lượng đáng kể năng lượng phanh. Motor điện trong EVs và HEVs có thể được điều khiển để hoạt động như máy phát để biến động năng và thế năng của khối lượng xe thành năng lượng điện, năng lượng này có thể được tích trữ trong bộ phận tích trữ năng lượng và được sử dụng lại. Các nghiên cứu trong nước: Đa số các nghiên cứu trong nước chỉ đề cập đến vấn đề thiết kế, mô phỏng, chế tạo xe Hybrid là chủ yếu.Ví dụ như Thiết kế chế tạo hệ thống động lực của ô tô lai (hybrid) điện - nhiệt hai chỗ ngồi của GSTKKH. Bùi Văn Gá. Chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu về vấn đề tiết kiệm nhiên liệu trên xe Hybrid. Trang 3
18. Chương 1 Tổng quan Từ những cơ sở vừa nêu và dựa trên các cơ sở lý thuyết về động cơ, máy phát, động cơ điện cùng với sự hướng dẫn của thầy TS. Lâm Mai Long, tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid”. 1.2. Mục đích của đề tài Giải quyết vấn đề tiêu hao nhiên liệu trên ô tô đang là xu hướng phát triển của ngành công nghiệp ô tô. Việc đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid là một vấn đề mới, rất ít người nghiên cứu. Do đó đề tài nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid với các mục đích như sau: - Cơ sở lí thuyết về tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybird. - Tạo tiền đề cho các bài nghiên cứu sau tính toán lập phương trình được công thức tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài Với đề tài nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid, tác giả dựa vào các cơ sở lí thuyết đã được trình bày để phân tích các vấn đề liên quan đến sự tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid. Đề tài này không đề cập đến thiết kế hay chế tạo các bộ phận của hệ thống. 1.4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp sưu tầm tài liệu trong và ngoài nước, phương pháp phân tích, suy luận theo hướng tiêu hao nhiên liệu trên động cơ xăng, dựa vào các kiến thức nền đã được trang bị trong quá trình học đại học và cao học. Đồng thời cũng thường xuyên trao đổi với Thầy hướng dẫn để đề tài được đi đúng hướng nghiên cứu. 1.5. Điểm mới của luận văn Nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybird là vấn đề hoàn toàn mới. Trước đây chỉ nghiên cứu trên xe chạy xăng thuần túy. Trang 4
19. Chương 2 Giới thiệu chung về ô tô Hybrid Chương 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ÔTÔ HYBRID 2.1. Khái niệm chung Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel ) với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc-quy cao áp. Điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện với cơ chế nạp “thông minh” như khi xe phanh, xuống dốc , gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng. Nhờ vậy mà ôtô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết. 2.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe , nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó càng cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể. Các xe chạy bằng Diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi. Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô nói riêng và mọi người nói chung. Ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, như: hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid) vv Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi Trang 5
20. Chương 2 Giới thiệu chung về ô tô Hybrid trường. Có thể nói, công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái. Ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô pin mặt trời cho đến nay đều tồn tại một số nhược điểm nhất định, không dễ thực hiện với thực trạng như đất nước ta. Trong bối cảnh đó thì ôtô hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện) được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu thế phát triển ôtô sạch, nhằm đáp ứng tính khắt khe môi trường đô thị, tính nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu. Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid nhiệt điện hoạt động trong phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại đường dài hàng trăm kilômet tương đối bằng phẳng Chứ không thể sử dụng ô tô hybrid nhiệt điện thay hẳn các loại ôtô khác vì tính công nghệ lai còn nhiều hạn chế, mà cái khó nhất của vấn đề này là nguồn dự trữ năng lượng điện để cấp cho động cơ điện, vì nếu dùng bình ăcquy thông thường thì số lượng bình rất nhiều. 2.3. Phân loại ôtô hybrid 2.3.1. Theo thời điểm phối hợp công suất 2.3.1.1. Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm Khi ôtô bắt đầu khởi hành, motor điện sẽ hoạt động cung cấp công suất giúp xe chuyển động và tiếp tục tăng dần lên với tốc độ khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước khi động cơ xăng tự khởi động. Để tăng tốc nhanh từ điểm dừng, động cơ xăng phải khởi động ngay lập tức mới có thể cung cấp công suất tối đa. Ngoài ra, motor điện và động cơ xăng cũng hỗ trợ cho nhau khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như khi leo dốc, leo núi hoặc vượt qua xe khác. Do motor điện được sử dụng nhiều ở tốc độ thấp, nên loại này có khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi lái ở đường phố hơn là khi đi trên đường cao tốc. Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai dòng điển hình thuộc loại này. 2.3.1.2. Phối hợp khi cần công suất cao Motor điện hỗ trợ động cơ xăng chỉ khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như trong quá trình tăng tốc nhanh từ điểm dừng, khi leo dốc hoặc vượt qua xe Trang 6
21. Chương 2 Giới thiệu chung về ô tô Hybrid khác, còn trong điều kiện bình thường xe vẫn chạy bằng động cơ xăng. Do đó, những chiếc hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi đi trên đường cao tốc vì đó là khi động cơ xăng ít bị gánh nặng nhất. Điển hình là Honda Civic Hybrid và Honda Insight thuộc loại thứ hai. Cả hai loại này đều lấy công suất từ ắc-quy khi motor điện được sử dụng và đương nhiên nó sẽ làm yếu công suất của ắc-quy. Tuy nhiên, một chiếc xe hybrid không cần phải cắm vào một nguồn điện để sạc bởi vì nó có khả năng tự sạc. 2.3.2. Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện 2.3.2.1. Kiểu nối tiếp Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc-quy hoặc cung cấp cho động cơ điện . Hình 2.1a. Hệ thống hybrid nối tiếp Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp ắc-quy và một sẽ dùng chạy động cơ điện. Động cơ điện ở đây còn có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh. Trang 7