Nghiên cứu thiết kế hệ thống tăng áp trên động cơ xe máy đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG x CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Cấu trúc đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP 2.1 Giới thiệu động tăng áp 2.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động 2.2.1 Cấu tạo Một tăng áp chia thành phần 2.2.2 Nguyên lí hoạt động 2.3 Quá trình phát triển 17 2.4 Các loại tăng áp 24 2.4.1 Tăng áp đơn (Single Turbo) 24 2.4.2 Tăng áp ống xả kép (Twinpower Turbo) 25 2.4.3 Tăng áp kép (T-win Turbo Bi Turbo) 28 2.4.4 Tăng áp VGT (Variable Geometry Turbo) 35 iv 2.4.5 Tăng áp cuộn đôi biến thiên (Variable Twin-Scroll Turbo) 36 2.5 Ưu, nhược điểm việc ứng dụng tăng áp động đốt 43 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ 45 3.1 Khảo sát động Honda Winner 150 45 3.2 Phương án thiết kế tăng áp 47 3.2.1 Lựa chọn buống nén khí cánh tua bin 47 3.2.2 Lựa chọn motor dẫn động 51 3.2.3 Thiết kế dẫn động (hộp số tăng tốc) 53 3.3 Phương án điều khiển 62 3.3.1 Lựa chọn linh kiện điều khiển 66 3.3.2 Phương thức điều khiển 74 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG TĂNG ÁP 77 4.1 Thử nghiệm điều khiển góc mở bướm ga 77 4.2 Thử nghiệm xe máy 85 4.2.1 Vận hành chế độ đường trường 85 4.2.2 Vận hành chế độ đường đô thị 86 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 5.1 Kết luận 88 5.2 Kiến nghị 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU - ĐCĐT: Động đốt (7) - Intake manifold: Họng nạp (8) - Compress air travels through hoses/ pipes and intercooler ( if present) to the intake manifold: (8) - Khơng khí nén di chuyển qua ống làm mát sau đến họng nạp - Diffuser: Bộ khuếch tán (9) - Intercooler: Bộ làm mát (10) - DOHC( Double overhead cam): Động trục cam đôi (48) - Air filter: Lọc khơng khí (50) - Throttle: Bướm ga (50) - DC: Direct Current (53) vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Biểu đồ so sánh suất tiêu hao nhiên liệu theo momen động nạp khí tự nhiên động kết hợp sử dụng turbo tăng áp Hình 2: Bộ tăng áp động (Turbocharger) Hình 3: Đường truyền khơng khí từ vào buồng đốt Hình 4: Mặt ăn ghép tăng áp họng xả Hình 5: Buồng nén trước sau ghép lại Hình 6: Lí sau nén áp suất, nhiệt độ khơng khí tăng 10 Hình 7: Động trang bị làm mát 10 Hình 8: Hệ thống dầu bơi trơn 12 Hình 9: Ổ bi ổ đỡ 13 Hình 10: Bạc đạn dọc trục 13 Hình 11: Vị trí lắp đặt van an toàn bên buồn tuabin 15 Hình 12: Cấu tạo phận dẫn động van an toàn 15 Hình 13: Đường truyền khí xả van an tồn kích hoạt 16 Hình 14: Van an toàn bên bên 16 Hình 15: Thiết kế tăng áp động 17 Hình 16: Động V12 Liberty tăng áp LUSAC 11 18 Hình 17: Phi cơng Major Rudolph William Schroeder người góp phần chứng minh giả thiết Buchi 19 Hình 18: Oldsmobile Jetfire Chevrolet Corvair Monza Spyder 20 Hình 19: Chiếc xe INTERNATIONAL HARVESTER SCOUT 4x4 21 Hình 20: Động tăng áp 2.5L International Harvester scout 21 Hình 21: Xe BMW trang bị tăng áp 22 Hình 22: Động tăng áp Porsche năm 1975 23 Hình 23: Bộ tăng áp đơn (Single Turbo) 24 Hình 24: Biểu đồ so sánh công suất 26 Hình 25: Biểu đồ so sánh momen xoắn 26 Hình 26: Turbo sử dụng ống xả kép 27 Hình 27: Cơ cấu đường nạp kép twin-scroll động turbo BMW 28 Hình 28: Bộ tăng áp kép T-win Turbo Bi-Turbo 29 vii Hình 29: Turbo tăng áp kép (Bi turbo) trang bị dòng xe Ford 30 Hình 30: Vị trí turbo 31 Hình 31: Sơ đồ làm việc Bi-turbo 31 Hình 32: Động xăng V8 4.0L Twin-Turbo hệ Mercedes AMG 32 Hình 33: Cấu trúc đại thiết kế đầy bắp động V8 4.0L Twin-Turbo hệ 33 Hình 2.34 Levante GTS 34 Hình 35: Bộ tăng áp VGT ( Variable Geometry Turbo) 35 Hình 36: Các phận turbo tăng áp cánh biến thiên 36 Hình 37: Bộ tăng áp cuộn đôi biến thiên (Variable Twin-Scroll Turbo) 37 Hình 38: Hệ thống tăng áp điện Volvo 39 Hình 39: Hệ thống tăng áp điện Nissan 40 Hình 40: Audi kiểm chứng tính ưu việt turbo tăng áp điện qua mẫu xe thử nghiệm RS5 A6 41 Hình 1: Sơ đồ động tăng áp chạy điện 47 Hình 2: Vỏ Turbo cánh tuabin 48 Hình 3: Mặt trước sau đế chụp Turbo 49 Hình 4: Bản vẽ kỹ thuật đế chụp Turbo 50 Hình 5: Motor DC 775 51 Hình 6: Trục đầu Motor 775 52 Hình 7: Cánh quạt tản nhiệt Motor 775 53 Hình 8: Sơ đồ đường truyền motor, hộp số, cánh tuabin 53 Hình 9: Hình ảnh minh họa hộp số cấp 54 Hình 10: Vỏ hộp số mặt số 55 Hình 11: Vỏ hộp số mặt số 56 Hình 12: Bản vẽ chi tiết mặt số 57 Hình 13: Bản vẽ chi tiết mặt số 58 Hình 14: Bánh số 59 Hình 15: Bánh số 2’ 60 Hình 16: Bánh số 60 Hình 17: Vòng bi lỗ trục 3mm 61 viii Hình 18: Vòng bi lỗ trục 4mm 61 Hình 19: Vòng bi lỗ trục 5mm 61 Hình 20: Vòng bi lỗ trục 8mm 62 Hình 21: Sơ đồ điều khiển động tăng áp 63 Hình 22: Biểu đồ Analog Digital 64 Hình 23: Các mức giá trị % xung PWM 64 Hình 24: Cách xác định dao động 65 Hình 25: Mạch Điều Khiển Động Cơ DC BTS7960 43A (1 Động Cơ) 66 Hình 26: Sơ đồ kết nối Mạch Điều Khiển Động Cơ DC BTS7960 43A (1 Động Cơ) 68 Hình 27: Bo mạch Arduino Uno R3 69 Hình 28: Các cổng kết nối đèn báo tín hiệu 71 Hình 29: Các chân Digital Analog 73 Hình 30: Sơ đồ điều khiển Arduino 74 Hình 1: Mạch thực tế sau đấu dây 77 Hình 2: Nguồn tổ ơng 12V 5A 78 Hình 3: Biến trở chân 79 Hình 4: Bộ cảm biến xe Honda Winner 150 79 Hình 5: Mặt trước sau hình LCD 16x2 80 Hình 6: Module I2C 81 Hình 7: Màn hình hiển thị giá trị góc mở bướm ga 82 Hình 8: Góc bướm ga mở mức 25% 83 Hình 9: Góc bướm ga mở mức 100% 84 Hình 10: Hình ảnh minh họa vận hành xe đường trường 85 Hình 11: Hình ảnh minh họa vận hành xe đường đô thị 87 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: So sánh đặc tính loại tăng áp 42 Bảng 1: Thông số kỹ thuật Honda Winner 150 45 Bảng 2: Thông số motor 775 51 Bảng 3: Thông số kỹ thuật bo mạch Arduino Uno R3 69 x CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Ơ nhiễm mơi trường tốn lớn tồn giới, khí thải loại động đốt trong nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nhà sản xuất ln cố gắng để đạt tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt, ảnh hưởng khí thải từ động đốt lớn, việc thay động đốt động điện động hydrid góp phần lớn công đổi ngành ô tô Tuy nhiên, tương lai gần với điều kiện kinh tế nước ta việc thay hoàn toàn động đốt việc khơng thể, thay vào ta giảm bớt lượng khí thải động đốt cách giảm dung tích xy lanh, để giữ hiệu suất công suất gần cũ xe cần trang bị tăng áp, nhiên loại tăng áp thông thường ln xuất độ trễ, việc nghiên cứu ứng dụng tăng áp chạy điện khả thi Đặc biệt nước ta với lượng tiêu thụ xe máy đứng thứ Đông Nam Với mật độ xe máy lớn nhiều so với xe du lịch nên đề tài ứng dụng tăng áp điện lên xe máy Xe máy với nguồn động lực động đốt trong, loại phương tiện giao thơng chủ yếu Việt Nam Do đặc tính động cao, giá thành thấp, phù hợp với tình trạng giao thông Việt Nam Xe máy trở thành phương tiện đa vừa phương tiện lại, vận chuyển hàng hóa gia đình,…Động đốt loại động nhiệt mà trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch sinh nhiệt q trình biến đổi nhiệt thành cơng học diễn xi lanh động Tuy nhiên hiệu suất động đốt thấp, với phát triển nhanh chóng xe động điện, xe hybrid bên cạnh nhiều thiết bị nghiên cứu áp dụng lên động nhằm tăng công suất động giảm lượng tiêu hao nhiên liệu, nghiên áp dụng thành công ô tô tăng áp động Xe máy phương tiện cá nhân có giá thành thấp, kết cấu đơn giản thuận tiện cho thành phố chật hẹp Vì việc áp dụng công nghệ xe máy hạn chế, điều dẫn đến hiệu suất thấp, tiêu hao nhiên liệu cao nồng độ phát thải lớn, đặc biệt hoạt động điều kiện thành phố Việc áp dụng hệ thống tăng áp cải thiện khả nạp, qua cải thiện đáng kể hiệu suất động Tuy nhiên tăng áp truyền thống ô tô còn nhược điểm độ trễ cao, thấy xu hướng sử dụng xe điện xe Hybrid phát triển việc sử dụng tăng áp chạy điện hồn tồn khả thi vận hành điện loại bỏ hồn tồn độ trễ, đồng thời tạo điện góp phần bảo vệ mơi trường, hầu hết dịng xe máy thị trường Việt Nam chưa trang bị tăng áp, với việc áp dụng tăng áp điện xe máy mang lại nhiều lợi ích giảm dung tích xylanh, tăng cơng suất động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, góp phần bảo vệ môi trường, đặc biệt tạo nên cải tiến cho dòng xe phân khối lớn Và đề tài nhắm tới đối tượng động có phân khối trung bình trở lên, có hệ thống làm mát nước, tình trạng giao thông nước ta hạn chế, chủ yếu nghiên cứu xe vận hành dải tốc độ thấp di chuyển đường đông đúc, thử nghiệm tiến hành đo lường giá trị tiêu hao nhiên liệu, khả vận hành, tính động, ổn định, so với động hút khí tự nhiên 1.2 Mục tiêu đề tài 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: Tìm hiểu sở lí thuyết tăng áp, phân loại tìm hiểu ưu/ nhược điểm loại tăng áp nay, nêu ý tưởng, đề xuất phương án thiết kế, khắc phục nhược điểm, tiến hành gia cơng hồn thiện mơ hình, ứng dụng lên xe máy, tiến hành nghiệm thu, so sánh với nguyên bản, kết luận độ ổn định, an toàn, tính khả thi dự án 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống tăng áp xe máy” thực nội dung sau:  Nghiên cứu tổng quan đề tài  Cơ sở lí thuyết tăng áp  Đưa ý tưởng, thiết kế tăng áp chạy điện  Nghiệm thu thực tế  So sánh kết nghiệm thu  Kết luận độ tin cậy, khả thi dự án 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Bộ tăng áp chạy motor điện  Phạm vi nghiên cứu: Sau tham khảo tài liệu liên quan với kiến thức sẵn có ý kiến thầy, nhóm tập trung nghiên cứu về: Bản thiết kế tăng áp điện, cách vận hành, lập trình để tốc độ Turbo thay đổi theo điều kiện vận hành, cách lắp ráp, bố trí tăng áp điện lên xe máy Tiến hành thực nghiệm, đo lường thông số băng thử Dyno, so sánh với giá trị nguyên bản, đưa kết luận tính khả thi dự án 1.4 Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Dựa kiến thức học trường, từ tìm kiếm thông tin, tài liệu liên quan mạng, sách, từ phân tích, tổng hợp, đối chiếu với để đưa nội dung xác nhất  Phương pháp thiết kế: Ý tưởng thiết kế hệ thống tăng áp chạy motor điện gồm phần như: lựa phụ kiện tăng áp, motor dẫn động, thiết kế dẫn động (hộp số tăng tốc), thiết kế giá đỡ gắn trực tiếp lên xe máy  Phương pháp thử nghiệm: Việc lắp đặt ứng dụng hệ thống tăng áp lên động xe máy vận hành chế độ cầm chừng vận hành đường thực tế tính tốn ước lượng từ trước giúp nghiệm thu số liệu như: suất tiêu hao nhiên liệu, nhiệt độ động cơ, tính vận hành, độ ổn định, tin cậy,…Từ so sánh, cải tiến tình trạng nguyên 1.5 Cấu trúc đề tài Đề tài chia thành chương: lcd.print("%"); } else if(voltage1=10) { lcd.setCursor(0,1); lcd.print(voltage1); lcd.print("%"); lcd.print(" "); } else if(voltage1