TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỀ CƯƠNG TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ HYBRID TRÊN XE TOYOTA PRIUS 2010 MÔN HỌC NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ GVHD Ts Nguyễn Văn Long Giang[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỀ CƯƠNG TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ HYBRID TRÊN XE TOYOTA PRIUS 2010 MÔN HỌC: NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ GVHD: Ts Nguyễn Văn Long Giang Mã học phần: AEVE320830 Mã lớp học: AEVE320830_22_2_04CLC Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2023 Học kì – năm học 2022 - 2023 h DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA HỌC KÌ II NĂM HỌC 2022-2023 Tên đề tài: Tổng hợp thiết bị đo lường STT Họ tên sinh viên MSSV Đồn Duy Khơi 20145088 Lý Thuận Hưng 20145089 Võ Minh Linh 20145545 Huỳnh Trí Thức 20145627 Tỉ lệ % hoàn thành Nhận xét giảng viên ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Điểm số: ……………………… h ĐỀ CƯƠNG TIỂU LUẬN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Lý chọn đề tài Sự suy giảm dần trữ lượng dầu mỏ toàn cầu – dầu mỏ loại nhiên liệu có hạn huyết mạnh kinh tế toàn cầu Các sản phẩm từ dầu xăng máy bay, xăng, dầu diesel, dầu mazut, nhựa đường…… hoạt động vận chuyển sản xuất loại hàng hóa (đồ ăn, nước uống, quần áo, giày dép….) có can thiệp dầu diện quy định nghiêm ngặt khí thải khắp giới (phổ biến tiêu chuẩn EURO 4, EURO5 – VN sử dụng, E6, E7 chuẩn bị sử dụng nước châu âu) tạo nhu cầu cấp thiết sản xuất ô tô với khả tiết kiệm nhiên liệu cải thiện Xe Hybrid chứng tỏ lựa chọn khả thi để đảm bảo cải thiện khả tiết kiệm nhiên liệu giảm lượng khí thải. Mục tiêu đề tài - Nắm vững sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động dòng xe lai điện Hybrid - Làm nguồn tài liệu tham khảo xe Hybrid, cụ thể xe Toyota Prius 2010 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan sở lý thuyết xe Hybrid - Nghiên cứu cấu tạo, chức năng, thông số kỹ thuật xe Toyota Prius 2010 Giới hạn đề tài - Nghiên cứu sở lý thuyết, chưa khảo sát đưa hình ảnh thực tế Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu dựa giáo trình, tài liệu có sẵn Internet CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lịch sử trình phát triển Động chạy điện đời gần lúc với động chạy xăng dầu Năm1828, kỹ sư người Hungary tên Ányos Jedlik phát minh nguyên mẫu động điện sử dụng để chạy xe mơ hình nhỏ Năm1834, người thợ rèn tên Thomas Davenport tạo thiết bị tương tự khoảng cách ngắn việc sử dụng đường ray điện Tại Hà Lan giáo sư đại học tên Sibrandus Stratingh chế tạo ô tô điện nhỏ chạy h pin khơng sạc Loại pin lúc loại dùng lần vứt đi, tái sử dụng phải sử dụng nhiều pin gây ô nhiễm môi trường Mãi đến năm 1859, nhà vật lý người Pháp Gaston Plante phát minh pin axit chì chơi thay đổi, nhiều quốc gia sản xuất ô tô điện chạy bánh Mỹ tạo bước đột phá lớn, họ tạo xe điện đầu tiên, xe chỗ ngồi di chuyển với tốc độ 23 km/h Sau thị trường xe điện phát triển vượt bậc Vào năm 1890, taxi chạy điện tràn ngập đường phố London Đến năm 1900, gần 1/3 số xe Mỹ chạy điện giai đoạn khơng kéo dài Vào cuối năm 1920, sở hạ tầng Mỹ cải thiện đáng kể, phương tiện cần phải xa cách hiêu Vậy nên xe điện chạy với tốc độ 23km/h thụt lùi lại so với xe chạy nhiên liệu hóa thạch khơng làm điều tốc độ kém, quãng đường chạy lần sạc ngắn, giá thành cao Xe điện liên tục lỗi thời ngày cải tiến sở hạ tầng, đồng thời hệ thống khởi động điện hệ thống giảm tiếng ồn cho động đốt phát minh, xe điện thức bị khai tử vào năm 1910 Ford sản xuất hàng loạt dòng xe chạy xăng khiến cho xe xăng rẻ nhiều Chuyển đến kỉ 21, có tiến cơng nghệ, công nghệ pin, với mối quan tâm lớn môi trường cộng thêm nỗi lo lắng vấn đề cạn kiệt nhiên liệu cho phương tiện Các công ty sản xuất ô tô cho ô tô điện thêm hội khác Tại hội nghị biến đổi khí hậu Liên Hợp Quốc năm 2021 gọi COP 26 tổ chức Scotland nhà sản xuất ô tô lớn giới bao gồm Ford, General 38 Motors, Mercedes-Benz, Volvo, Land Rover nhà sản xuất ô tô Trung Quốc BYD 30 quốc gia ký cam kết loại bỏ dần việc bán loại xe chạy xăng dầu thị trường trước năm 2035 toàn cầu trước năm 2040, Việt Nam Vinfast - niềm hi vọng cơng nghiệp tơ nước nhà có động thái táo bạo đến mức gây tranh cãi công bố dừng sản xuất xe xăng từ cuối năm 2022 sau năm gia nhập thị trường Điều cho thấy vượt trội so với đối thủ tiềm xe điện vô lớn Trong thời đại mà q trình cơng nghiệp hố, đại hóa diễn nơi tồn cầu ngày nay, nhu cầu lượng vơ to lớn Chính thế, việc tiết kiệm nhiên liệu, lượng, đảm bảo an tồn mơi trường yêu cầu hàng đầu đặt cho quốc gia ngành công nghiệp, đặc biệt ngành công nghiệp ô tô vốn yêu cầu phải thay đổi ngày Giải pháp đưa kết hợp cách linh hoạt động xăng, động điện cấu giúp bảo tồn chuyển đổi lượng cách hiệu Xe lai điện Hybrid đời cứu cánh để giải vấn đề 2.2 Xe lai điện (Hybrid) ? Hybrid nghĩa lai, ôtô Hybrid (Hybrid Electric Vehicle-HEV) dòng ôtô sử dụng động tổ hợp Thật ra, ý tưởng“Hybrid”đã có từ lâu đời Theo Bách Khoa Toàn Thư mở Wikipedia Hybrid Vehicle, tạm dịch Phương Tiện Giao h Thông Ghép, phương tiện giao thông mà động lực hai nguồn lượng trở lên Ví dụ kết hợp giữa: Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được (Rechargeable Energy Storage System hay RESS, cụ thể Pin nạp lại được) Nguồn Năng Lượng Nhiên Liệu (Xăng, dầu diesel v.v ) Xe đạp sức người với trợ giúp động điện ví dụ xe đạp điện chẳng hạng Tàu buồm kết hợp với mô-tơ điện Động Hybrid kết hợp động đốt thông thường với động điện dùng lượng ắc quy Bộ điều khiển điện tử định dùng động điện, dùng động đốt trong, dùng vận hành đồng nạp điện vào ắc quy để sử dụng sau Trong thực tế nay, thuật ngữ (Hybrid Vehicle) thường dùng để nói đến Phương Tiện Giao Thông Ghép kết hợp lượng từ điện xăng (Petroleum Electric Hybrid Vehicle) hay viết tắt tiếng anh PEHV, viết tắt HEV (Hybrid Electric Vehicle) Theo ngôn ngữ phổ thơng tiếng Việt thường dùng ta gọi “Xe điện xăng”, hay tiếng Anh Hybrid Car 2.3 Nguyên lý hoạt động xe Hybrid Xe Hybrid hoạt động theo nguyên tắc: Động điện sử dụng để khởi động xe, trong trình chạy bình thường vận hành đồng Động điện cịn có cơng dụng tăng cường cung cấp lượng để xe gia tốc leo dốc Khi phanh xe xuống dốc, động điện sử dụng máy phát để nạp điện cho ắc quy Không giống phương tiện sử dụng động điện khác, động Hybrid không cần nguồn điện bên ngoài, động đốt cung cấp lượng cho ắc quy Với phối hợp động đốt động điện, động Hybrid mở rộng giới hạn làm việc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động đốt hiệu suất tổ hợp động cao, moment lớn số vòng quay nhỏ giảm thiểu ô nhiễm môi trường 2.4 Ưu điểm xe Hybrid - Tận dụng lượng phanh - Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu - Động điện dùng chế độ gia tốc tải lớn nên động đốt cần cung cấp công suất vừa đủ nên động đốt có kích thước nhỏ gọn. - Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể ô tô - Xe Hybrid dùng xăng làm nhiên liệu - Xe Hybrid gây nhiễm mơi trường tơ chạy xăng bình thường 2.5 Nhược điểm xe Hybrid - Chi phí sản xuất chi phí cho thành phẩm cao - Chi phí bảo dưỡng cao - Chi phí thay pin tốn kém - Khó khăn vấn đề xử lý tái chế pin - Xe nặng có nhiều loại động hơn, nên hết điện động đốt phải gánh tải nặng h 2.6 Các phương pháp truyền động - Phương pháp nối tiếp - Phương pháp song song - Phương pháp hỗn hợp 2.7 Các phận xe Hybrid - Động nhiệt - Động điện MG1, MG2 - Hộp số - Bộ phận điều khiển - Hệ thống xử lý khí xả - Ắc quy 2.8 Tính kinh tế xe Hybrid - Tiết kiệm lượng đường trường: Khi vận hành ô tô Hybrid đường trường, nguồn động lực lại động máy nổ động máy nổ đạt hiệu xuất cao chạy đường dài mạnh mẽ động điện Cách thiết kế giúp ô tô Hybrid đạt gia tốc mạnh vận tốc cao tương tự loại ô tô truyền thống khác - Thu hồi lượng: Ngoài tiết kiệm lượng q trình chuyển hóa lượng từ nhiên liệu sang cách hiệu hơn, ô tô Hybrid thiết kế nhằm thu hồi lượng lượng bị hao phí qua q trình vận hành Đối với ô tô thông thường hãm lại, lượng chuyển hóa từ sang nhiệt làm nóng đĩa thắng (rotor) Đối với tơ Hybrid, chuyển hóa thành điện nạp lại vào pin điện, nhiều lượng hao phí q trình vận hành xe thu hồi vào tái sử dụng Tuy nhiên ô tô Hybrid trang bị thắng đĩa (break pad) ô tô thông thường trường hợp người lái cần hãm khẩn cấp - Giới hạn: Khuyết điểm cơng nghệ Hybrid hệ thống Pin Nạp Lại Được (Rechargable Battery) Giá thành pin đắt điều đáng ngại người dùng, người dùng ô tô Hybrid cũ; giá trị trung bình pin năm nghìn dollar Tuy nhiên, nhà sản xuất nghiên cứu phát triển nhiều giải pháp cho vấn đề như: tái chế pin cũ, phát triển kỹ thuật pin mới, nâng cao tuổi thọ pin v.v hứa hẹn mang lại nhiều cải tiến mới, giảm giá thành sản phẩm, đưa kỹ thuật Hybrid đến với nhiều tầng lớp người dân có thu nhập thấp xã hội nhằm mục đích thay dần phương tiện giao thông cũ, giảm thiểu lượng khí thải gây nhiễm mơi trường 2.9 Xu phát triển xe Hybrid nước phát triển phát triển Vào đầu kỷ 20 nhà sản xuất xe Mỹ sử dụng động xăng, điện nước cách song song Họ sớm nhận hai hay nhiều động h kết hợp lại làm tăng tính hiệu động Và kết giả thuyết động Hybrid (động xăng điện) đời vào năm 1905 kỹ sư người Mỹ phát minh Thời kỳ phát minh khơng người quan tâm động đốt cịn rẻ so với động xăng điện có cơng xuất Sau 70 năm, khủng hoảng dầu lửa xảy ra, vấn đề tiết kiệm nhiên liệu quan tâm nhiều lý để động Hybrid nghiên cứu lại Tuy nhiên, 30 năm trước, số quy định nên động Hybrid bị trì hỗn Ngày hôm xe Toyota Prius hay Honda Accord loại Hybrid trở nên phổ biến, nhiều người tiêu dùng u thích Liệu Hybrid có phải xu hướng xe tương lai? Một lý khiến Hybrid ngày quan tâm mơi trường sống Như biết động đốt thải khí carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) khí hydro-carbon (HC) chưa đốt, nhân tố gây nhiễm mơi trường Các tượng nóng lên tồn cầu hay tượng “El Nino” xảy phần hậu việc sử dụng động dầu diesel xăng Sự phát triển công nghệ Hybrid giúp hạ giá thành nhiên liệu, theo ước tính lượng xe Hybrid sản xuất tăng gấp đôi năm, dự báo lạc quan vào năm 2007 hay 2008 có khoảng triệu xe Hybrid tiêu thụ thị trường Mỹ Nhưng không nên quên doanh số loại xe thơng thường tăng lên, ví dụ có 200 ngàn xe Mỹ, sau 20 năm số 300 ngàn Năm 2006, thị trường Mỹ có 10 mẫu xe Hybrid khác có giá từ 19,000 đôla tới 53,000 đôla Chiếc Honda Civic Toyota Prius coi xe thơng dụng có giá 30,000 đơla Mức giá là thấp compact sedan khơng q cao Trong vịng năm tới số xe Hybrid lên đến 50 gồm nhiều hình dáng, kích thước giá CHƯƠNG 3: NỘI DUNG 3.1 Các thành phần hệ thống Hybrid xe Toyota Prius 2010 Hộp số Hybrid bao gồm MG1, MG2 cụm bánh hành tinh Động 1NZ-FXE Cụm chuyển đổi bao gồm: chuyển đổi DC-DC, chuyển đổi A/C ECU HV, tập hợp tín hiệu từ cảm biến gởi kết tính tốn đến ECM, cụm biến đổi, ECU ắc quy, ECU để điều khiển hệ thống Hybrid Cảm biến vị trí số Cảm biến vị trí bàn đạp ga, biến đổi góc mở bướm ga thành tín hiệu điện ECU điều khiển trượt, điều khiển phanh tái sinh ECM h ECU ắc quy, kiểm tra tình trạng nạp ắc quy HV điều khiển hoạt động quạt làm mát SMR (System Main Relay), nối ngắt mạch công suất cao áp Ắc qui phụ, lưu trữ 12V DC cho hệ thống điều khiển xe 3.1.1 Động 1NZ-FXE 3.1.2 Động điện Hybrid 3.1.3 Hộp số Hybrid 3.1.4 Bộ phân chia công suất 3.1.5 Bộ chuyển đổi DC – DC 3.1.6 Nguồn cao áp 3.2 Các chế độ hoạt động Hình cho thấy cấu hình chi tiết hệ thống truyền động kiểu hỗn hợp ( khớp nối moment khớp nối tốc độ) Đơn vị bánh hành tinh tạo thành khớp nối tốc độ để kết nối động motor / máy phát điện với Động motor / máy phát điện kết nối với cần dẫn bánh mặt trời tương ứng Các bánh bánh hành tinh kết nối với bánh lái thông qua cần dẫn nối với bánh Z1, Z2, Z4, Z5, vi sai Một motor kéo kết nối với bánh lái thông h qua bánh Z3, Z2, Z4, Z5, vi sai để kết hợp momen xoắn đầu bánh bao motor kéo lại với Trong cấu hình này, ly hợp hai khóa sử dụng Ly hợp phục vụ cho việc kết nối ngắt kết nối động với cần dẫn bánh hành tinh Khóa sử dụng để khóa nhả bánh mặt trời trục motor/ máy phát điện đến sườn xe Khoá sử dụng để khóa nhả cần dẫn đến sườn xe Bằng việc điều khiển ly hợp, khóa, động cơ, motor / máy phát điện motor kéo, nhiều chế độ hoạt động sử dụng 3.2.1 Chế độ khớp nối tốc độ Trong chế độ này, motor kéo không hoạt động chế độ hoạt động sau 3.2.1.1 Chỉ có động hoạt động 3.2.1.2 Chỉ có motor/máy phát điện kéo 3.2.1.3 Động motor/máy phát điện hoạt động h 3.2.2 Chế độ khớp nối moment Khi motor kéo nạp lượng, mô men xoắn thêm vào moment xoắn đầu bánh bao để tạo thành chế độ khớp nối moment Khi motor kéo điều khiển chế độ motor phát điện, tạo sáu chế độ hoạt động sau 3.2.2.1 Động độc lập kết hợp với motor kéo 3.2.2.2 Động độc lập kết hợp với motor phát điện 3.2.2.3 Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor kéo h 3.2.2.4 Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor phát điện 3.2.3 Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo 3.2.4 Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát điện 10 h 3.2.5 Phanh tái sinh CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 11 h