Nghiên cứu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động 5 cấp kết hợp với biến mô thủy lực

Bài viết Nghiên cứu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động 5 cấp kết hợp với biến mô thủy lực sử dụng phần mềm MATLAB – SIMULINK (Nguyễn Phùng Quang, 2004) nghiên cứu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ô tô thông qua hệ thống động lực học của xe ô tô đối với những xe sử dụng hệ thống thủy cơ, các thông số tính toán tương đương với xe du lịch 2.0 lít (Nguyễn Khắc Trai, 1999).

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ SỬ DỤNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG CẤP KẾT HỢP VỚI BIẾN MÔ THỦY LỰC Trần Văn Hồng1, Nguyễn Thị Hương1 Tóm tắt: Bài báo sử dụng phần mềm MATLAB – SIMULINK (Nguyễn Phùng Quang, 2004) nghiên cứu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu ô tô thông qua hệ thống động lực học xe ô tô xe sử dụng hệ thống thủy cơ, thơng số tính tốn tương đương với xe du lịch 2.0 lít (Nguyễn Khắc Trai, 1999) Kết nghiên cứu làm sở cho việc tính tốn, thiết kế, kiểm tra, so sánh… hệ thống truyền lực, đảm bảo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật, góp phần khai thác, tổ chức sử dụng phát huy khả tải, tiết kiệm nhiên liệu… tơ có trang bị hộp số tự động biến mô thủy lực đạt hiệu cao Và kênh thông tin cho người điều khiển vận hành ô tô cho đảm bảo tính động lực mong muốn tiết kiệm nhiên liệu Từ khóa: Hộp số, thủy cơ, suất tiêu hao, biến mô ĐẶT VẤN ĐỀ * Vấn đề nghiên cứu hệ thống động lực nói chung, hệ thống truyền lực thủy lực nói riêng đảm bảo yếu tố như: Hiệu suất làm việc, tính kinh tế, thân thiện môi trường (Gisbert Lechner – Harald Naunheimer,1999) Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn lớn (B Olofsson, K Lundahl, K Berntorp, and L Nielsen) Nghiên cứu vấn đề đồng phối hợp làm việc động biến mô thủy lực, phương pháp tính tốn, xây dựng đường đặc tính động lực học tơ có sử dụng hộp số tự động kết hợp biến mô thủy lực loại xe cụ thể từ tìm điểm làm việc tối ưu cho khả kéo tiết kiệm nhiên liệu xe Nghiên cứu đặc tính tốc độ động Diesel kiểu Commonrail thơng quan xây dựng mơ hình trung bình tác giả (Vũ Thành Trung, Phạm Quang Thắng, Trần Văn Thắng) nghiên cứu thực nghiệm bệ thử để xác định đặc tính tăng tốc xe Do yêu cầu từ công việc, nhà nghiên cứu người sử dụng địi hỏi hệ thống truyền lực khơng ngừng hoàn thiện mặt kết Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Cơng nghiệp 50 cấu, tính sử dụng, tính kinh tế Từ đó, làm sở cho nhà sản xuất, người sử dụng, cán kỹ thuật tham khảo, xác định thông số truyền động cách thuận lợi Là sở cho việc tính tốn, thiết kế, kiểm tra, so sánh… hệ thống truyền lực, đảm bảo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật góp phần khai thác, tổ chức sử dụng phát huy khả tải, tiết kiệm nhiên liệu… ô tơ có trang bị hộp số tự động biến mô thủy lực đạt hiệu cao Bài báo làm sở để tìm hiểu, nghiên cứu hệ thống truyền lực loại ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực phức tạp sau (Nguyễn Khắc Trai, 2006) CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM LÀM VIỆC TỐI ƯU Từ thông số xe du lịch 2.0 lít (Nguyễn Khắc Trai, 1999) nhập liệu vào phần mềm MATLAB – SIMULINK (Nguyễn Phùng Quang, 2004) ta tính tốn xác định thơng số để đảm bảo hiệu vận hành ô tô 2.1 Xây dựng đường đặc tính mơ men cản động (MC) Phương trình cân lực kéo tô theo (Nguyễn Hữu Cẩn, 2008): KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 81 (12/2022) Pk = Pf + Pw = f.G + w.v2 (2-1) - Từ (2-1) ta có mơ men cản động cơ: r ( f G  w.v ) M k  M C  bx (2-2) itl tl 2.2 Xây dựng đường đặc tính mơ men Ne = const Áp dụng cơng thức tính mơ men động (Nguyễn Hữu Cẩn, 2008): 9551.Ne Me  (2-3) ne 2.3 Tính toán lựa chọn điểm làm việc tối ưu Việc tính tốn tiêu hao nhiên liệu theo qng đường làm việc tơ mang tính tương đối phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chất lượng mặt đường; điều kiện thời tiết; điều kiện giao thơng; trình độ người lái xe Tính tiêu hao nhiên liệu theo cách đo lượng tiêu hao bình; dựa vào đặc tính làm việc động để tính suất tiêu hao Phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô GT (Nguyễn Hữu Cẩn, 2008): Q. nl GT  (kg/h) (2-4) t Mức tiêu hao nhiên liệu cho đơn vị quãng đường chạy qd: Q (2-5) q d  100 (lit/100km) Sc S q Suy lượng tiêu hao nhiên liệu: Q  c d (lit) 100 Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian:   S q (2-6) GT  Q nl  nl c d (kg/h) t 100.t Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge: G G 30.GT ge  T  T  (kg/kW.h) (2-7) Ne Me e Me ne  Từ phương trình (2-4), (2-5), (2-6) ta có tiêu hao nhiên liệu theo quãng đường ô tô là: 100.ge Ne t 100.ge Ne qd   (lit/100km) (2-8) Sc nl v.nl Khi ô tô chuyển động ổn định, công suất kéo cần thiết bánh xe để khắc phục cản chuyển động là: N k  N c  N e  tl (kW) (2-9) Như mức tiêu hao nhiên liệu ô tô phụ thuộc vào suất tiêu hao nhiên liệu có ích động công suất tiêu hao để khắc phục cản là: 100.g e N e 100.g e N c qd   (2-10) v. nl v. nl  tl Hay qd  100.g e N k 100.g e Pc  v. nl  tl  nl  tl (2-11) Pc (N): Lực kéo cần thiết để thắng cản tương ứng với tay số W s kW Ta có: N   m 3600.km Nên 100.ge.Nc 100.ge.Pc lit qd   ( ) (2-12) v.nl.tl 3600.nl.tl 100km Theo (2-2) ta có mơ men cản động cơ: r P r ( f G  w.v ) M C  bx c  bx itl tl itl tl Vậy tiêu hao nhiên liệu theo quãng đường ô tô là: 100.g e M c itl lit (2-13) qd  ( ) 3600. nl rbx 100 km Để tính lượng tiêu hao nhiên liệu theo quãng đường xe chạy ta dựa vào “Đồ thị đặc tính động với đường đẳng nhiên liệu” (Nguyễn Hữu Cẩn, 2008), xác định giá trị mô men cản suất tiêu hao nhiên liệu tương ứng với tay số sau thay vào cơng thức (2-13) tính tiêu hao nhiên liệu theo quãng đường ô tô tay số khác KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc tính động với đường đẳng nhiên liệu Lựa chọn thông số đầu vào trên: rbx = 0,31 (m); G = 20000(N); f = 0,02; w = 0,751; ηt = 0,92; kbm = Chọn hộp số có số tiến số lùi với ih5 < Ta có: ih1 = 3,42; ih2 = 2,27; ih3 = 1,507; ih4 = 1; ih5 = 0,798; i0 = 3,696 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 81 (12/2022) 51 Phương trình cân lực kéo ô tô theo (Nguyễn Hữu Cẩn, 2008) Pk = Pf + Pw = f.G + w.v2 (3-1)  n r e bx Với vận tốc ô tô là: v  60.itl Tính tốn phần mềm Matlab ta được: v1 = [1.2841 2.5681 3.8522 5.1363 6.4204 7.7044 8.9885 10.2726 11.5566 14.1248 16.6929] (m/s) v2 = [1.9346 3.8692 5.8038 7.7384 9.6730 11.6076 13.5422 15.4767 19.3459 21.2805 25.1497] (m/s) v3 = [2.9141 5.8282 8.7423 11.6563 14.5704 17.4845 20.3986 23.3127 29.1409 32.0549 37.8831] (m/s) v4 = [4.3915 8.7831 13.1746 17.5661 21.9576 26.3492 30.7407 35.1322 43.9153 48.3068 57.0898] (m/s) v5 = [5.5032 11.0063 16.5095 22.0127 27.5158 33.0190 38.5222 44.0253 55.0317 60.5348 71.5412] (m/s) - Từ (3-1) ta có mơ men cản động cơ: r ( f G  w.v ) M k  M C  bx (3-2) itl tl Tính tốn phần mềm Matlab ta được: MC1 = [10.6959 10.7949 10.9600 11.1911 11.4881 11.8512 12.2804 12.7755 13.9638 14.6570 16.2415] (N.m); MC2 = [16.1777 16.5164 17.0808 17.8710 18.8869 20.1287 21.5962 23.2895 27.3533 29.7239 35.1424] (N.m); MC3 = [24.5843 25.7417 27.6708 30.3715 33.8438 38.0877 43.1032 48.8903 62.7795 70.8815 89.4004] (N.m); MC4 = [37.7876 41.7488 48.3510 57.5939 69.4777 84.0024 101.1679 120.9742 168.5094 196.2383 259.6186] (N.m); MC5 = [48.2966 56.0917 69.0837 87.2724 110.6579 139.2402 173.0193 256.1677 305.5371 360.1033 484.8260] (N.m) Đồ thị đặc tính động với đường đẳng nhiên liệu hình Hình Đặc tính động đốt với đường đẳng nhiên liệu ô tô kbm =1 52 12.8407 17.4113 26.2268 39.5237 49.5285 13.3367 25.2085 55.4491 143.4214 211.9951 Theo hình 1, điểm có cơng suất định ta có nhiều lựa chọn cho xe hoạt động tay số khác Tuy nhiên, hoạt động tay số cao có tỷ số truyền nhỏ điểm làm việc tiến lại gần vùng tiêu hao nhiên liệu thấp Vì vậy, xu hướng ngày người ta mở rộng dải tỷ số truyền cách tăng thêm tay số cho xe Trên hình 1, điểm có Ne = 40 (kW) ta lựa chọn hoạt động tay số tương ứng với tốc độ động 5500 (v/ph) tiêu hao nhiên liệu 350 (g/kW.h) tay số tương ứng với tốc độ động 3600 (v/ph) tiêu hao nhiên liệu 300 (g/kW.h) tay số tương ứng với tốc KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 81 (12/2022) độ động 2900 (v/ph) tiêu hao nhiên liệu 280 (g/kW.h) 3.2 Khi ghép nối với biến mô thủy lực Trong thực tế với hệ thống truyền lực thủy dùng biến mơ thủy lực hệ số biến mô biến mô thủy lực biến thiên liên tục (thường kbm = – 2,5) tỷ số truyền tay số biến thiên dải định tạo lên dải tỷ số truyền tay số Các kết biểu diễn đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số khác kbm biến thiên từ kbmmax đến kbmmin Hình Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Như tương ứng với tay số kbm biến thiên từ kbmmax đến kbmmin tỷ số truyền tay số biến thiên dải định Ở tay số cao, tỷ số truyền nhỏ dải tỷ số truyền rộng đồng thời điểm làm việc vận tốc cao gần với điểm có tiêu hao nhiên liệu thấp Do vận hành xe có trang bị hộp số thủy người ta thường lựa chọn tay số cao, đảm bảo tính động lực mong muốn tiêu hao nhiên liệu lại thấp 3.3 Kết Với trường hợp hộp số cấp, điểm làm việc có Ne = 40(kW) ta lựa chọn cho ô tô hoạt động tay số Nếu ghép nối với biến mơ thủy lực tay số có dải tỷ số truyền tương ứng từ điểm A tới điểm B đồ thị hình hình Tại điểm A B đồ thị tương ứng với mô men cản suất tiêu hao nhiên liệu khác KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 81 (12/2022) 53 động Thay giá trị vào công thức (213) tính tốn Matlab ta tiêu hao nhiên liệu theo quãng đường tương ứng với tay số Bảng Bảng Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 40kW Công suất Các giá trị tương ứng Tay số Tay số gemin (g/kW.h) 300 275 gemax (g/kW.h) 350 315 Ne = 40 (Kw) Mcimin Mcimax (Nm) (Nm) 105 74 132 92 Nếu thay đổi điểm làm việc động công suất khác đồng nghĩa với việc thay đổi mô men cản động phạm vi sử dụng hoạt động tay số hẹp đi, suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi theo Cụ thể ta tăng công suất động lên mơ men cản qdmin (l/100km) 4,815 4,428 qdmax (l/100km) 9,898 8,838 tương ứng với tay số tăng theo tiêu hao nhiên liệu tăng lên Kết tính tốn tương tự ta thay cơng suất động lên 60(kW), 80(kW) tiêu hao nhiên liệu tương ứng với tay số Bảng Bảng 3: Khi Ne = 60(kW): Bảng Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 60kW Công suất Các giá trị tương ứng Tay số Tay số gemin (g/kW.h) 0,285 0,26 gemax (g/kW.h) 0,33 0,295 Ne = 60 (Kw) Mcimin Mcimax (Nm) (Nm) 134 95 168 117 qdmin (l/100km) 5,838 5,328 qdmax (l/100km) 11,981 10,526 Khi Ne = 80(kW): Bảng Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 80kW Công suất Các giá trị tương ứng Tay số Tay số gemin (g/kW.h) 0,275 0,26 gemax (g/kW.h) 0,29 Ne = 80 (Kw) Mcimin Mcimax (Nm) (Nm) 159 200 140 KẾT LUẬN Sử dụng phần mềm MATLAB – SIMULINK nghiên cứu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu ô tô thông qua hệ thống động lực học xe ô tô xe sử dụng hệ thống thủy cho kết đáng tin cậy sát với thực tế giá trị: - Tại thời điểm Ne = 40kw, suất tiêu hao nhiên liệu quãng đường là: Tay số 4: gemin 300 (g/kW.h), 350 (g/kW.h); qdmin 4,815 (l/100km), 9,898 (l/100km) 54 qdmin (l/100km) 6,684 6,382 qdmax (l/100km) 12,381 Tay số 5: gemin 275 (g/kW.h), 315 (g/kW.h); qdmin 4,428 (l/100km), 8,838 (l/100km) - Tại thời điểm Ne = 60kw, suất tiêu hao nhiên liệu quãng đường là: Tay số 4: gemin 0,285 (g/kW.h), 0,33 (g/kW.h); qdmin 5,838 (l/100km), 11,981 (l/100km) Tay số 5: gemin 0,26 (g/kW.h), 0,295 (g/kW.h); qdmin 5,328 (l/100km), 10,526 (l/100km) - Tại thời điểm Ne = 80kw, suất tiêu hao nhiên liệu quãng đường là: KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 81 (12/2022) Tay số 4: gemin 0,275 (g/kW.h); qdmin 6,684 (l/100km) Tay số 5: gemin 0,26 (g/kW.h), 0,29 (g/kW.h); qdmin 6,382 (l/100km), 12,381 (l/100km) Như Ở tay số cao, tỷ số truyền nhỏ dải tỷ số truyền rộng đồng thời điểm làm việc vận tốc cao gần với điểm có tiêu hao nhiên liệu thấp Do vận hành xe có trang bị hộp số thủy người ta thường lựa chọn tay số cao, đảm bảo tính động lực mong muốn tiêu hao nhiên liệu lại thấp Kết nguồn tài liệu tham khảo cho hãng sản xuất, người khai thác sử dụng chọn chế độ hợp lý để đảm bảo hiệu công suất lớn suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ trình sử dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Cẩn (2008), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Khắc Trai (1999), Cấu tạo hệ thống truyền lực xe con, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Vũ Thành Trung, Phạm Quang Thắng, Trần Văn Thắng (2018), Nghiên cứu đặc tính tốc độ động Diesel kiểu Commorail thông quan xây dựng mơ hình trung bình, Tạp chí Đại học Sao Đỏ, SIIN 1859-4190 Nguyễn Phùng Quang (2004), MATLAB SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Khắc Trai (2006), Cơ sở thiết kế ôtô, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Gisbert Lechner – Harald Naunheimer (1999), Automative Tranmission (Fundamentals, Selection, Design and Application), Stuttgart and Augsburg, Germany B Olofsson, K Lundahl, K Berntorp, and L Nielsen, - An investigation of optimal vehicle maneuvers for different road conditions,‖ in 7th IFAC Symp on Advances in Automotive Control (AAC), (Tokyo, Japan), 2013 Accepted Abstract: RESEARCH AND ASSESSMENT OF THE FUEL ECONOMY OF CAR USING A SPEED AUTOMATIC TRANSMISSION WITH HYDRAULIC VARIOUS This article uses MATLAB – SIMULINK software to reserch and evaluate the fuel economy of cars through the vehicle is dynamics system for vehicle using hydrome chanical systems, the calarlated parameters are equivalent to travel car 2.0 liter The results of the research will seve as the basic of the calarlation, design, testing and comparision of the powertrain system, ensuring the economic and technical requirements, contributing to the exploitation and use of the powertrain, fuel economy of car equipped with atomatic transmission and hydraulic torque converter achieve the highest efficiency and it’s also an information channel for drivers to operate cars so that they can still ensure the desired dynamics and seve fuel Keywords: Gearbox, hydraulic, consumption, torque converter Ngày nhận bài: 18/10/2022 Ngày chấp nhận đăng: 09/12/2022 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 81 (12/2022) 55 ... giá tính kinh tế nhiên liệu ô tô thông qua hệ thống động lực học xe ô tô xe sử dụng hệ thống thủy cho kết đáng tin cậy sát với thực tế giá trị: - Tại thời điểm Ne = 40kw, suất tiêu hao nhiên liệu. .. với biến mô thủy lực Trong thực tế với hệ thống truyền lực thủy dùng biến mơ thủy lực hệ số biến mô biến mô thủy lực biến thiên liên tục (thường kbm = – 2 ,5) tỷ số truyền tay số biến thiên dải... tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số