Thiết Kế Hệ Thống Động Lực Ô Tô Lai Điện, Nhiệt Hai Chỗ Ngồi.pdf

Untitled BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUÂN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ LAI ĐIỆN NHIỆT HAI CHỖ NGỒI NGÀNH KHAI THÁC VÀ BẢO TR[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUÂN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ LAI ĐIỆN NHIỆT HAI CHỖ NGỒI NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ơ TƠ MÁY KÉO - 605246 S K C0 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Thành phố Hồ Chí Minh  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ MÁY KÉO Mã số: 605246 Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ LAI ĐIỆN NHIỆT HAI CHỖ NGỒI Kỹ sư: NGUYỄN QUÂN Thành phố Hồ Chí Minh: 08/ 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Thành phố Hồ Chí Minh  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ MÁY KÉO Mã số: 605246 Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ LAI ĐIỆN NHIỆT HAI CHỖ NGỒI Người hướng dẫn: GS.TSKH BÙI VĂN GA Người thực hiện: KS NGUYỄN QUÂN Thành phố Hồ Chí Minh: 08/ 2004 NhËn xÐt cđa ngời hớng dẫn Luận văn cao học học viên Nguyễn Quân Đề tài: Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện-nhiệt hai chỗ ngồi nớc phát triển chạy đua tìm nguồn lợng cho ô tô đà bắt đầu Theo xu chung, đứng đầu danh sách ô tô chạy điện ô tô lai, ô tô chạy pile nhiên liệu ứng viên thứ ba chạy đua Về mặt nhiên liệu cho động nhiệt, chất lợng loại nhiên liệu lỏng truyền thống đợc nâng cao, loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) đợc áp dụng rộng rÃi ô tô, loại nhiên liệu sinh học (nh ethanol, colza) có lợi so sánh thấp mặt môi trờng giá thành nhiên liệu cao nên hạn chế mặt sử dụng, nhiên liệu tổng hợp từ khí thiên nhiên đợc nghiên cứu, nhiên liệu khí hydro cho « t« chưa cã triĨn väng øng dơng công nghệ giá thành Sự phát triển ô tô sử dụng điện pile nhiên liệu phụ thuộc vào khả phát triển, hoàn thiện loại động truyền thống sử dụng nguồn nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu lỏng để làm giảm ô nhiễm môi trờng Để đạt đợc tính kinh tế mức độ phát ô nhiễm động sử dụng LPG thập niên 2010, giá nhiên liệu hydro phải giảm 50% giá thành pile nhiên liệu phải giảm 30% so với giá Vì vòng thập niên tới, ô tô chạy pile nhiên liệu cha có lợi cạnh tranh so với loại nhiên liệu thay Nhu cầu sử dụng ô tô lai xu tÊt u cđa x· héi ph¸t triĨn Nưíc ta cã thị trờng nội địa lớn với 80 triệu dân Cho tới nay, thị trờng hầu nh nguyên vẹn Trong xu hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) giới (WTO), thị trờng nội địa nớc ta chắn mảnh đất màu mỡ nhà sản xuất ô tô giới Việc thâm nhập ạt ô tô bên có kích cỡ không phù mặt gây vấn nạn ách tắt giao thông mặt khác làm thị phần sản phẩm công nghiệp quan trọng đất nớc Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng nưíc cã ý nghÜa rÊt thiÕt thùc vµ cÊp bách nớc ta Học viên Nguyễn Quân đợc giao đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điệnnhiệt Theo xu phát triển đây, lọai ô tô thay dần ô tô sử dụng động nhiệt, bớc trung gian để chuyển sang ô tô dùng pile nhiên liệu nguồn dầu mỏ cạn kiệt Trong luận văn này, học viên Nguyễn Quân đà phân tích khía cạnh kinh tếxà hội điều kiện sở hạ tầng khác để rút kết luận ô tô hybrid hai chỗ ngồi phơng tiện lại phù hợp với nớc ta năm tới Nghiên cứu phát triển chế tạo loại ô tô Việt Nam chắn tạo sản phẩm có thị trờng tiêu thụ rộng, trớc hết phục vụ nhu cầu lại nhân dân, tiến tới xuất Nội dung luận văn tập trung vào điểm sau: Thiết kế hệ thống truyền động điện ôt ô lai hai chỗ ngồi Tính toán lắp đặt động nhiệt máy phát điện Thiết kế phận truyền động khí Thiết kế lắp đặt hệ thống động lực ô tô lai hai chỗ ngồi Trong trình làm luận văn, học viên Nguyễn Quân đà tỏ tích cực chủ động nghiên cứu Tiếp cận vấn đề giới lần đợc nghiên cứu Việt Nam thử thách lớn học viên Tuy có nhiều khó khăn ban đầu tài liệu tham khảo kinh nghiệm thực tiễn nhng học viên Quân đà có nhiều nỗ lực cố gắng vợt qua đợc thử thách để hòan thành có chất lợng luận văn Những kết đạt đợc ban đầu tảng cho nghiên cứu ô tô lai Việt Nam Các tính tóan thiết kế luận văn bớc mở đầu Những nghiên cứu chi tiết sau sâu vào công nghệ chế tạo Ngời hớng dẫn đánh giá cao kết khoa häc cịng tinh thÇn häc tËp tÝch cùc học viên Cao học Nguyễn Quân Đề nghị hội đồng chấm luận án cho phép học viên Nguyễn Quân đợc bảo vệ luận văn để nhận Thạc Sĩ Kỹ Thuật Đà Nẵng, ngày tháng năm 2004 Ngời hớng dẫn GS.TSKH Bùi Văn Ga Hiệu trởng Trờng Cao Đẳng Công Nghệ Đại học Đà Nẵng MỤC LỤC: Tóm tắt Summary Lời cảm ơn Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Bối cảnh 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Phương pháp nghiên cứu Trang: 1 Chương 2: TỔNG QUAN NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Xu phát triển ô tô giới Việt Nam 2.2 Thực trạng sở hạ tầng phương tiện giao thông nước ta 26 2.3 Phân tích lựa chọn kiểu dáng nguồn động lực ô tô cá nhân phù hợp với Việt Nam 27 Chương 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Ô TÔ LAI ĐIỆN NHIỆT CHỖ NGỒI 3.1 Xác định công xuất động điện nguồn ắc quy 29 3.2 Tính toán thông số động học ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi 33 Chương 4: TÍNH TOÁN LẮP ĐẶT ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ MÁY PHÁT ĐIỆN 4.1 Chọn công suất động nhiệt máy phát điện 36 4.2 Cải tạo động xăng thành động khí đốt hoá lỏng LPG 36 4.3 Cải tạo máy phát điện phù hợp với nguồn ắc quy 48 Chương 5: THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ 5.1 Sơ đồ tổng quát cấu truyền động khí 5.2 Thiết kế truyền lực vi sai cầu chủ động 5.3 Thiết kế cấu phanh tái sinh lượng hỗ trợ vượt dốc 5.4 Thiết kế trục, gối đỡ, vỏ cầu bôi trơn 51 53 59 63 Chương 6: THIẾT KẾ LẮP ĐẶT CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ 6.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động hệ thống nạp điện cho ắc quy 69 6.2 Sơ đồ lắp đặt hệ thống động lực ô tô 74 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 77 Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi KS Nguyễn Quân PHỤ LỤC 78 TÓM TẮT: Đề tài: “Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi” xây dựng mô hình ô tô cá nhân nhỏ gọn với hệ thống động lực kết hợp giữ động điện động đốt sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hoá lỏng LPG Đây mẫu ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng sở hạ tầng giao thông đô thị Việt Nam Hệ thống động lai trang bị ô tô xem nguồn động lực giá thành sản xuất không cao Đề tài đặt tản cho đề tài lớn “Thiết kế chế tạo ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi Việt Nam” Nội dụng mà đề tài thực bao gồm: - Tính toán động học động lực học ô tô hai chỗ ngồi - Tính toán công suất, lựa chọn mô hình động lai thích hợp - Thiết kế hệ thống truyền động ô tô - Thiết kế hệ thống điều khiển động - Lựa chọn kiểu dáng ô tô bố trí lắp đặt hệ thống động lực ô tô Với giới hạn nội dung thời gian thực hiện, đề tài bỏ ngỏ phần thiết kế hệ thống dẫn điện mạch điện tử, phần thực đề tài khác “Thiết kế hệ thống điện điện tử xe ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi” SUMMARY: The aim of this dissertation is design system trainpower hybrid electric - heat of two seat automobile, what will build a model personal car with small size and power system associate between a electric motor and a combustion internal engine that use fuel LPG (Liquid Petroleum Gas) This is the car sample which will conformity with used conditions in the city in Vietnam The hybrid engine in this car is clean source power and low price Main content of this dissertation include: - To calculate kinetics and dynamics of the two seat car - To calculate the automobile power and to make choice one of suitable hybrid engine types - To design the automobile trainpower - To design the control engine system - To design and place devices into the car Because of limited times, this dissertation only to calculate and design mechanical parts and to bring out common principle The electrical and electronical parts will calculated and designed in a next other theme Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi KS Nguyễn Quân LỜI CÁM ƠN: Để hoàn thành luận văn này, xin chân thành biết ơn thầy giáo GS.TSKH BÙI VĂN GA, hiệu trưởng trường Cao Đẳng Công Nghệ - Đại học Đà Nẵng, thầy tận tình hướng dẫn trình thực đề tài Xin cám ơn toàn thể GS, PGS, TS, ThS-GVC Khoa Cơ Khí Động Lực - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp mặt chuyên môn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý Thầy Cô phòng Quản lý Sau Đại Học Trường tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình học tập, nghiên cứu trường trình thực luận văn tốt nghiệp Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể đồng nghiệp, bạn bè đồng môn gia đình giúp đỡ, động viên suốt trình thực đề tài Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2004 Người thực luận văn: KS NGUYỄN QUÂN Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi KS Nguyễn Quân Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 BỐI CẢNH : Sù ph¸t triển ph- ơng tiện giao thông khu vực giới nói chung không giống nh- ng có xu chung b- ớc ô tô hóa dần quÃng đ- ờng dịch chuyển Tốc độ gia tăng số l- ợng ô tô giới lớn, đặc biệt khu vực Đông Nam á, chẳng hạn Hàn Quốc tốc độ tăng năm 20%, Malaysia tốc độ đạt 70% Cùng với việc gia tăng số l- ợng ô tô số l- ợng xe gắn máy hai bánh giảm dần Các chuyên gia kinh tế cho thị tr- ờng ô tô tiềm kỷ 21 dịch chuyển từ n- ớc Đông âu Châu Mỹ La Tinh sang n- ớc Đông Nam á, Trung cuối Châu Phi Theo dự báo, số l- ợng ô tô Châu Thái Bình D- ơng tăng từ 0,7 chiếc/1000 ng- ời dân năm 1985 đến 10 chiếc/1000 ng- ời dân năm 2020 20 chiếc/1000 ng- ời dân vào năm 2060 Sự gia tăng mật độ ô tô dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải tải sở hạ tầng ô nhiễm môi tr- ờng Sự phát triển ngành giao thông vận tải công nghiệp chế tạo ô tô hầu hết n- ớc đ- ợc thực theo định h- ớng làm giảm nhẹ tác động hai vấn đề đến kinh tế-xà hội - Giảm tải cho sở hạ tầng: Giải vấn đề mặt liên quan đến công tác qui hoạch đô thị, nâng cấp hệ thống giao thông, mở rộng đ- ờng, thiết kế tốt nút giao thông, xây dựng bÃi đậu xe mặt khác, cần phải lựa chọn kích cỡ ô tô phù hợp Trong phạm vi nghiên cứu đề tài này, xem xét đến mặt thứ hai vấn đề Kích cỡ kiểu dáng ô tô đà có thay đổi đáng kể kỷ qua d- ờng nh- theo qui luật "đ- ờng xoắn trôn ốc" Thật ngày ng- ời ta lại tìm thấy ô tô có kiểu dáng nh- ô tô "2 chevaux" (th- ờng gọi xe cãc) kÝch th- íc nhá gän cđa c¸c h·ng ô tô tiếng giới sản xuất Ng- ời ta - u tiên chọn ô tô nhỏ lÏ chóng gän nhĐ, chiÕm Ýt kh«ng gian garage thuế l- u hành thấp Chính vậy, chđng lo¹i xe nh- Peugeot 205, Renault Twingo, Ford KA, BMW "2 chevaux" thuộc loại ô tô bán chạy Châu Âu Mới thị tr- ờng ô tô giới xuất chủng loại ô tô có kích th- ớc rút gọn hai chỗ ngồi SMART Trên thị tr- ờng Châu á, nhà chế tạo ô tô quan tâm đến việc sản xuất loại ô tô cỡ nhỏ Ô tô Matiz Daewoo ví dụ điển hình Trong điều kiện sở hạ tầng phục vụ cho giao thông n- ớc ta ch- a đ- ợc phát triển, nhà thành phố chật hẹp, chỗ đậu xe ch- a đ- ợc xây dựng, việc sử dụng loại ô tô cá nhân cỡ lớn gây nhiều phiền hà cho công tác tổ chức giao thông nh- cho ng- ời sử dụng Vì nhiệm vụ đặt cho nhà khoa học quan quản lý giao thông xác định kiểu loại ô tô phù hợp với n- ớc ta để khuyến khích ng- ời dân sử dụng Ô tô cá nhân n- ớc ta tr- ớc hết phải ph- ơng tiện lại thông dụng thay xe gắn máy Vì ô tô phải gọn nhẹ, tốc độ Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi KS Nguyễn Quân qu·ng ®- ờng hoạt động t- ơng thích với xe gắn máy nh- ng an toàn tiện nghi hơn, đặc biệt tránh m- a nắng bụi đ- ờng Giá thành xe phải thấp để đại phận ng- ời dân có nhu cầu mua sắm Trong bối cảnh ô tô cỡ nhỏ hai chỗ ngồi phù hợp với n- ớc ta - Xu h- ớng phát triển ô tô Ô tô không gây ô nhiễm (Zero emission) mục tiêu h- ớng tới nhà nghiên cứu chế tạo ô tô ngày Có nhiều giải pháp đà đ- ợc công bố năm gần đây, tập trung hoàn thiện trình cháy động Diesel, sử dụng loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô nh- LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, l- ợng mặt trời, « t« lai (hybrid) Xu h- íng ph¸t triĨn « tô tổng hợp nh- sau: + Hoàn thiện động diesel: Các kỹ thuật để hoàn thiện động diesel đà cho phép nâng cao rõ rệt tính bao gồm áp dụng hệ thèng phun ray chung (common rail) ®iỊu khiĨn ®iƯn tư, lọc bồ hóng xử lý khí đ- ờng xả xúc tác ba chức năng, nâng cao chất l- ợng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm l- ợng l- u huỳnh cực thấp Việc dùng động diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí nhiên liệu lỏng (dual fuel) giải pháp nâng cao tính động diesel + Ô tô chạy loại nhiên liệu lỏng thay thế: Các loại nhiên liệu lỏng thay quan tâm cồn, colza, có nguồn từ thực vật Do thành phần C nhiên liệu thấp nên trình cháy sinh chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Ngày việc ứng dụng loại nhiên liệu lỏng thay ph- ơng tiện vận tải nói chung xe buýt nói riêng hạn chế giá thành nhiên liệu cao Tuy nhiên giải pháp có lợi nơi mà nguồn nhiên liệu dồi loại nhiên liệu đ- ợc chiết xuất từ chất thải trình sản xuất công nghiệp Một loại nhiên liệu lỏng thay khác đ- ợc công bố Dimethyl ether (DME) đ- ợc chế tạo từ khí thiên nhiên Đây loại nhiên liệu thay cực dùng cho động diesel giống nh- LPG Thử nghiệm ô tô cho thấy, ô tô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV Nếu việc sản xuất DME qui mô công nghiệp thành thực t- ơng lai nhiên liệu lỏng lý t- ởng khí thiên nhiên phân bố khắp trái đất có trữ l- ợng t- ơng đ- ơng dầu mỏ + Ô tô chạy khí thiên nhiên: Sử dụng ô tô chạy khí thiên nhiên sách hữu ích l- ợng thay t- ơng lai, đặc biệt ph- ơng diện giảm ô nhiễm môi tr- ờng Thieỏt keỏ hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi KS Nguyễn Quân s:=0; reser3:=pa; reser4:=0; While (Alfa