Trang 1 MAI VĂN TUẤNBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI--- MAI VĂN TUẤNCHUYÊN NGÀNHĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TÍNH KÍNH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ơ TƠ Trang 2 BỘ GIÁO
TỔNG QUAN
Giới thiệu chung
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều loại ô tô khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng Các loại xe cũng được phân loại đa dạng để phù hợp với các công việc khác nhau Chúng ta có thể phân loại ô tô theo nhiều cách khác nhau.
Xe ôtô con là xe có sức chở ngườ ến 9 người đ i
Xe ôtô khách là loại xe ch ỉ dùng để ch ở người trên 10 người
Xe ôtô t i là lo i xe ch ả ạ ỉ dùng để chở hàng hoá, s c ch ứ ở vài trăm kg trở lên Và xe có rơmooc cũng đƣợc x p vào lo i xe này ế ạ
Xe chuyên dùng là xe có thi t b và trang b c bi t và trang b nh ng thi t b chuyên ế ị ị đặ ệ ị ữ ế ị dùng để đáp ứng m t hay m t vài mộ ộ ục địch nào đó.
Theo số ầ c u ch ng: ủ độ
Xe ôtô có m t c u ch ộ ầ ủ động: Đây là loại xe thông d ng hay dùng ụ ở các nơi có đường xá tốt, các thành phố
Xe có nhiều cấu hình, nhưng loại xe này có tính năng ưu việt hơn loại xe một cầu chủ động, hoạt động trên nhiều địa hình khác nhau Các loại xe này thường có hai hay nhiều cầu chủ động, giúp tăng cường khả năng vận hành trên các địa hình khó khăn.
Theo dạng nhiêu li u tiêu th : ệ ụ
Xe ôtô dùng nhiêu liệu xăng.
Xe ôtô dùng nhiên liệu diezel
Xe ôtô dùng khí gas
Xe ôtô dùng điện, hay các nguồn năng lƣợng khác nhƣ năng lƣợng m t trặ ời…
Các bộ phận chính của ô tô có chức năng tương tự nhau, bao gồm động cơ, hệ thống truyền lực (ly hợp, hộp số, trục các đăng, cầu chủ động), hệ thống ống di động, hệ thống treo, hệ thống điều khiển, hệ thống lái, hệ thống phanh, trang bị điện và các thiết bị làm việc khác.
Động cơ là nguồn năng lượng chính cho ô tô và máy kéo, hiện nay chủ yếu sử dụng động cơ đốt trong với nhiên liệu xăng hoặc diesel Đây là một bộ phận quan trọng của ô tô, cung cấp năng lượng để xe hoạt động Động cơ không chỉ tạo ra công suất mà còn truyền động lực đến các bộ phận làm việc khác, đảm bảo hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống.
Hệ thống truyền lực (HTTL) là tập hợp các bộ phận và cấu trúc nhằm truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh xe của ô tô, máy kéo HTTL còn có tác dụng điều chỉnh độ lớn và chiều của mômen quay truyền, cho phép ô tô hoạt động hiệu quả trong thời gian dài mà động cơ vẫn làm việc Phương thức truyền lực phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của xe và máy cụ thể, trong hệ thống truyền lực của ô tô có thể có một hoặc nhiều cấp truyền động.
Cụ chầ ủ động là thành phần quan trọng trong hệ thống truyền động của xe, cho phép các bánh xe quay với tốc độ khác nhau Điều này đảm bảo bánh xe lăn êm dịu trên mặt đường không bằng phẳng và khi vào đường vòng Ngoài ra, cụ chầ ủ động còn giúp tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy.
Hệ thống di động của ô tô gồm các bánh xe và lốp ốp đàn hồi, đóng vai trò là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với mặt đường Nó nhận mômen chuyển từ động cơ qua hệ thống truyền động, giúp xe di chuyển và vận hành ổn định.
12 truy n l c và bi n mômen ch ng thành l c kéo ti p tuy n hay còn g i là l c ch ng ề ự ế ủ độ ự ế ế ọ ự ủ độ để làm ôtô chuyển động
Hệ thống treo là tổ hợp của nhiều chi tiết và phần tử đàn hồi, liên kết giữa bộ phận treo với khung xe Nó giúp cho khung xe được êm dịu khi bộ phận treo di động, đồng thời chịu tác động của các lực va đập do mặt đường không bằng phẳng khi di chuyển.
Hệ thống điều khiển giúp ô tô di chuyển theo các hướng và chiều cần thiết, đồng thời đảm bảo sự ổn định khi xe không bị trượt sang trái hay phải Ngoài
Trang bị điện trên ô tô là tập hợp các bộ phận, thiết bị phụ trợ điện nhằm đảm bảo hoạt động ổn định, tin cậy và tăng tính tiện nghi cho người lái, hành khách Trang bị điện là một hệ thống phức tạp, có thể được phân ra thành hai hệ thống chính: hệ thống nguồn điện và hệ thống các thiết bị tiêu thụ điện Hệ thống nguồn điện có nhiệm vụ tạo ra nguồn năng lượng điện để cung cấp cho các thiết bị sử dụng điện trên xe.
Hệ thống thiết bị điện phụ trợ trên ô tô bao gồm các thiết bị như hệ thống đốt cháy, hệ thống khởi động, hệ thống chiếu sáng, tín hiệu và hệ thống điều khiển Những thiết bị này được điều khiển bởi máy tính điện tử, có nhiệm vụ điều khiển động cơ và các bộ phận khác của xe, thông qua các rơle và bộ phận chấp hành Do tính phức tạp của trang bị điện, phần này sẽ được trình bày trong một tài liệu riêng.
Trang bị làm việc là tập hợp các thiết bị, bộ phận hỗ trợ cho ôtô, máy kéo và xe chuyên dùng thực hiện các công việc một cách thuận tiện và đạt hiệu quả cao Dưới đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về sự bố trí các bộ phận chính trên ôtô và máy kéo.
1.3 Khái quát h ệthống truyền lực
Hệ thống truyền lực là tập hợp các bộ phận cơ cấu và hệ thống nhằm truyền mômen quay từ động cơ đến bánh xe của ô tô, máy kéo Hệ thống này không chỉ có tác dụng truyền động mà còn ảnh hưởng đến độ bền và chiều cường của mômen quay truyền, cho phép ô tô duy trì hiệu suất trong thời gian dài mà động cơ vẫn hoạt động Dựa vào nguyên tắc hoạt động, hệ thống truyền lực được chia thành: hệ thống truyền lực cơ khí, hệ thống truyền lực thủy lực, và hệ thống truyền lực phân cấp và không phân cấp Trước khi xây dựng đặc tính động lực học của ô tô sử dụng truyền động cơ khí, cần tìm hiểu về hệ thống truyền lực cơ học.
H ệthống truy n lề ực cơ khí
Truy n lề ực cơ khí gồm có hai lo i: truy n l c phân c p và truy n l c không phân c p: ạ ề ự ấ ề ự ấ
Hệ thống truyền lực phân cấp sử dụng các cặp bánh răng ăn khớp để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau, thông qua việc thay đổi các cặp bánh răng này.
- Đố ớ ệi v i h thống truy n l c không phân c p thì s d ng các b truyề ự ấ ử ụ ộ ền động ma sát nhƣ: b truyộ ền động đai, bộ ế ố bi n t c ma sát
- Những b ph n chính trong truy n lộ ậ ề ực cơ khí bao gồm: ly h p, h p s , truy n l c trung ợ ộ ố ề ự gian (các đăng), truyề ựn l c chính, h p vi sai, các bán tr c: ộ ụ
Các thông s ố đánh giá tính năng độ ng l c h c ự ọ 6 2
1 Phản lực pháp tuyến tại các bánh xe
Khi ô tô di chuyển trên đường có độ dốc, các lực tác động lên xe sẽ thay đổi do ảnh hưởng của hệ thống treo Điều này có thể dẫn đến sự thay đổi trong cách xe phản ứng với mặt đường, đặc biệt là khi xe đi qua các đoạn đường gồ ghề.
(2.1) Phương trình cân bằng l c d c và thự ọ ẳng đứng cùng v i phương trình mô men so vớ ới điểm
Các kho ng cách xả i đƣợc xác định nhƣ sau:
Các ô tô có kích thước bánh xe khác nhau sẽ dẫn đến sự khác biệt trong lực kéo và khả năng vận hành Khi ô tô di chuyển trên đường bằng phẳng, lực kéo phải được cân bằng với các lực cản như lực lăn và cản không khí.
2 Tổng lực cản chuyển động
*Lực cản lăn được coi là ph ụthuộc vào vậ ốc chuyển độn t ng:
Lực cản lăn của xe ô tô được xác định khi lốp xe vuông góc với mặt đường và chịu ảnh hưởng từ lực nâng khí động Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất vận hành của phương tiện.
*Lực cản không khí được xác định theo công thức:
L c này ph ự ụ thuộc m nh vào v n tạ ậ ốc, nên khi đạ ớt t i m t giá tr v n tộ ị ậ ốc nào đó nó sẽ trở nên lớn hơn so với lực cản lăn
Khi ô tô chuyển động trên đường d c s có thêm thành ph n l c cố ẽ ầ ự ản do độ ố d c của đường:
Rpmgsin (2.7) Như vậy, trong trường h p t ng quát, t ng l c c n chuyợ ổ ổ ự ả ển động của ô tô được viết như sau:
Trong công thức trên đã coi vậ ốn t c dòng khí Vr b ng v n t c chuyằ ậ ố ển động c a ô tô V ủ Công thức trên được viết gọn dướ ạng: i d
Thông thường, người ta b qua s h ng cu i cùng trong bi u th c ỏ ố ạ ố ể ứ 2.9, trừcác ô tô có v n ậ tốc cao (ô tô thể thao và ô tô đua)
Do độ ố d c của đường ô tô thường không l n, nên có th l y gớ ể ấ ần đúng:
Trong đó i là độ ố d c của đường V i gi thi t này, h s B không ph ớ ả ế ệ ố ụ thuộc vào độ ốc d của đường, trong khi A s tẽ ỷ l ệthuận v i i: ớ
A mg f i Còn hệ ố s C không ph thu c vào i ụ ộ
3 Công suất cần thi t cho chuyế ển động của ô tô
Cuối cùng, công su t cấ ần thiế ểt đ ô tô có th chuy n ng vể ể độ ới vậ ốc không đổn t i V là:
Công suất của ô tô được tính theo công thức Pn = VR + AV + BV + CV Khi ô tô di chuyển với vận tốc không đổi V, công suất truyền từ động cơ đến bánh xe sẽ giảm do hiệu suất của hệ thống truyền lực Khả năng truyền tải công suất tới bánh xe còn phụ thuộc vào điều kiện tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường Để đánh giá động lực học của ô tô, người ta thường sử dụng thang logarit để phân tích công suất cần thiết cho quá trình chuyển động Nếu xem xét thành phần CV trong công thức, hai hệ số còn lại sẽ được biểu diễn dưới dạng đồ thị với góc nghiêng tương ứng Điểm giao cắt của hai đường này sẽ cho ta thông tin về vận tốc tối ưu của ô tô.
29 g i là v n tọ ậ ốc đặc trƣng Giá tr c a v n t c này có th ị ủ ậ ố ể đƣợc xác định d dàng t công ễ ừ thức 2.10: r ca A
Tung độ ủ c a điểm giao c t chính là m t n a công su t c n thi t Pắ ộ ử ấ ầ ế car:
Đồ thị công suất cần thiết được xây dựng bằng cách cắt hai đường thẳng, như mô tả trong hình 2.2 Phương pháp xây dựng này được chi tiết bởi M Bencini Sau khi hoàn thành, đồ thị công suất cho trường hợp chuyển động trên đường bằng có thể dễ dàng điều chỉnh để áp dụng cho trường hợp chuyển động trên đường có độ dốc α bằng cách dịch chuyển đồ thị.
Độ ịch theo phương ngang: d
Độ ịch theo phương thẳng đứ d ng:
Hình 2.2 Đồ công suthị ất cần thi cho ô tô chuyết ển động theo v n tậ ốc trong thang logarit
Đồ thị trong Hình 2.3 thể hiện mối quan hệ giữa công suất cần thiết và vận tốc chuyển động trong thang logarit Khi chuyển động trên đường với các thông số m = 1000 Kg, S = 1,7 m², C_z = 0,42, K = 6,5 × 10⁻⁶ s²/m², g = 9,81 m/s² và ρ = 1,22 kg/m³, có thể xác định được đặc trưng của vận tốc và công suất yêu cầu cho hệ thống.
V i góc nghiêng cớ ủa đường không l n, có th gi ớ ể ả thiết cos 1, khi đó các công thức trên đƣợc vi t lế ại nhƣ sau:
Trong bài viết này, công thức (2.15) với i = tanα cho thấy rằng với nhiều góc nghiêng khác nhau, sẽ thu được nhiều đường cong công suất như hình 2.3 Nếu giá trị sức cản lăn f0 trùng với giá trị sử dụng để vẽ đồ thị cơ sở, thì độ dốc cơ sở tương ứng là ir, được tính theo công thức (2.16) Đồ thị này có thể áp dụng cho một ô tô cụ thể, nhưng trong vùng có α nhỏ (i nhỏ hơn 0,3 – 0,4), nó có thể được sử dụng cho mọi ô tô Tuy nhiên, khi độ dốc lớn hơn, sai số sẽ gia tăng.
4 Công suất hữu dụng t i các bánh xe ch ạ ủ động
Tùy theo d ng HTTL mà hi u su t c a nó có th ạ ệ ấ ủ ể coi là không đổi ho c bi n thiên theo ặ ế điều ki n làm vi c ệ ệ
M i quan h gi a v n t c cố ệ ữ ậ ố ủa động cơ và vận t c cố ủa bánh xe đƣợc xác định theo biểu thức: e e t
Đường cong c của công suất động cơ lớn nhất và công suất chuyển tải tối ưu của các bánh xe được vẽ trên trục logarit cho thấy sự thay đổi hiệu quả của tỷ số truyền và tỷ số truyền tổng thể, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống.
Tỷ số truyền động học của hệ thống truyền lực (HTTL) được định nghĩa là tỷ lệ giữa vận tốc góc của bánh xe và vận tốc quay của trục động cơ, thường có giá trị nhỏ hơn 1 Với tỷ số truyền động học đã biết, chúng ta có thể đánh giá mối quan hệ giữa công suất của động cơ và công suất tại bánh xe, liên quan đến vận tốc của ô tô.
Nếu đồ thị được vẽ trên hệ trục logarit, thì sự thay đổi về tỷ lệ tương ứng với dịch chuyển theo phương ngang (hình 2.4) sẽ khác biệt so với sự thay đổi về chất tương ứng với dịch chuyển theo trục tung.
5 Công suất tối đa có t ểh truy n xu ng mề ố ặt đường
Công suất cần thiết cho chuyển động của ô tô được tiêu thụ thông qua tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường Công suất này tăng theo vận tốc và độ dốc của đường, vì vậy ô tô chỉ có thể đạt tốc độ tối đa hoặc khác phục được góc dốc lớn nhất tùy theo công suất lớn nhất mà nó có.
Công su t l n nh t mà bánh xe có th truyấ ớ ấ ể ền qua tương tác với mặt đường được tính theo:
Hệ số truyền động là yếu tố quan trọng trong việc xác định công suất tối đa Pmax của động cơ, tỷ lệ thuận với vận tốc Đặc tính tối ưu của động cơ Pe đối với ô tô có hệ thống truyền động không đồng bộ là tuyến tính Tuy nhiên, trong thực tế, vấn đề này phức tạp hơn do sự khác biệt giữa các loại xe và sự thay đổi theo độ trượt.
Xe ô tô có hai cầu đều chằng và có hệ số độ bám ở các bánh xe bằng nhau, nghĩa là nếu hai bánh đều bám mặt đường thì công suất cực đại có thể thực hiện được là p(max) = (i1 + i2) * z.
(2.20) Trường hợp này thường được coi là đ t đưạ ợ ực l c kéo tối ưu.
5.1 Ô tô có tất cả các cầu đều ch ng ủ độ
Khi tất cả các yếu tố đều cố định, có thể coi lực cản mà ô tô phải vượt qua khi lên dốc chỉ do sức cản chuyển động của các lực ma sát Fz về phía trước và chịu phụ thuộc vào mô men từ động cơ truyền tới Để tính góc dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được, người ta chỉ tính đến thành phần lực cản do độ dốc gây nên, công suất cần thiết để ô tô chuyển động lên góc dốc lớn nhất αmax là một yếu tố quan trọng.