Luận Văn Khai thác đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe Hibrid

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Khai thác đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe ô tô Hibrid


Mục lục
Chương 1. TỔNG QUAN ÔTÔ HYBRID1.1. Khái niệm chung 4
1.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid . 4
1.3. Phân loại ôtô hybrid .5
1.3.1. Theo thời điểm phối hợp công suất .5
1.3.1.1. Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm 5
1.3.1.2. Phối hợp khi cần công suất cao . 61.3.2. Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện 6
1.3.2.1. Kiểu nối tiếp . 6
1.3.2.2. Kiểu song song 7
1.3.2.3. Kiểu hỗn hợp 8
1.3.2.4. So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất .9
Chương 2. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ÔTÔ HYBRID
2.1. Mô hình tổng quát của ôtô hybrid 10
2.2. Động cơ đốt trong .11
2.3. Hộp số và bộ phân phối công suất (Hybrid Transaxle) . .12
2.4. Motor điện và máy phát điện 13
2.5. Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter) 13
2.6. Ắc-quy điện áp cao. (HV Battery - High Volt Battery) 14
2.7. Cáp nguồn . 14
2.8. Ắc quy phụ . .15
2.9. Các bộ phận khác có công dụng hỗ trợ trên ôtô hybrid . 15
2.9.1. Khí động lực học/ hệ số kéo thấp . 15
2.9.2. Ngắt tự động động cơ xăng .16
2.9.3. Hộp số biến thiên vô cấp (CVT-Continuously Variable Transmission) 16
2.9.4. Hệ thống kiểm soát cầm chừng xylanh (Cylinder Idling System) 16
2.9.5. Tối ưu hóa đường khí thải 17
2.9.6. Pít tông ma sát nhỏ 17
2.9.7. Công nghệ biến thiên lưu lượng khí nạp . 17
2.9.8. Sử dụng những vật liệu tiên tiến 17
Chương 3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
3.1. Khởi động động cơ khi xe đang chạy .18
3.2. Tăng tốc nhẹ với động cơ .18
3.3. Tốc độ thấp ổ định .19
3.4. Tăng tốc tối đa . .19
3.5. Tốc độ cao ổn định .19
3.6. Tốc độ tối đa . 20
Chương 4. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ HYBRID KHI PHỐI HỢP HAI DÒNG CÔNG SUẤT
4.1. Bộ truyền bánh răng hành tinh (planetary gear) . .21
4.2. Sơ đồ tổng quát của đường truyền công suất trên ôtô hybrid . 22
4.3. Xác định công suất sinh ra sau khi phối hợp hai động cơ .23
4.4. Đặc tính kéo tại bánh xe chủ động . 29
4.4.1. Xác định lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động (Fk) . 29
4.4.2. Xác định công suất kéo tại bánh xe chủ động (P[SUB]k[/SUB]) . 304.4.3. Xây dựng đặc tính kéo tại bánh xe chủ động . .30
4.5. Phương pháp xác định các thông số động lực học cơ bản 31
4.5.1. Xác định các lực cản chuyển động . 31
4.5.2. Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo .32
4.5.3.Ứng dụng đồ thị cân bằng lực kéo để xác định các thông số động lực học
Chương 5. KẾT LUẬN 37





Chương 1. TỔNG QUAN ÔTÔ HYBRID
1.1. 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.
1.2. 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) . Phạm vi bài viết này chỉ bàn về ôtô hybrid.
Ôtô hybrid
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.
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.
Trong phạm vi bài viết này chỉ bàn về dòng ôtô hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện) là loại ôtô hybrid thông dụng nhất hiện nay.
1.3. Phân loại ôtô hybrid
1.3.1. Theo thời điểm phối hợp công suất
1.3.1.1. 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.
1.3.1.2. 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 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.
1.3.2. Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện
1.3.2.1. 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 .