Xây dựng quy trình tính toán, đánh giá tính năng động lự họ và tính kinh tế nhiên liệu ô tô trong quá trình thiết kế

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- LÊ DUY CƯƠNG XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TỐN, ĐÁNH GIÁ TÍNH N NG ĐỘNG L C H C ĂỰỌVÀ TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU Ơ TƠ TRONG Q TR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LÊ DUY CƯƠNG

XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TOÁN,

LUẬN VĂNTHẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS NGUYỄN TRỌNG HOAN

Hà Nội- Năm 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ ậ lu n v n này là công trình nghiên c u của riêng tôi ă ứdưới sự hướng dẫn c a PGS TS Nguy n Tr ng Hoan Các s li u, trích d n được ủ ễ ọ ố ệ ẫnêu trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, kết quả ủ c a luận văn là trung thực

Hà Nội, ngày 03 tháng 01 năm 2013

HỌC VIÊN

Lê Duy Cương

MỤC LỤC

Trang

TRANG PHỤ BÌA 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9

LỜI NÓI ĐẦU 10

Chương 1:TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 12

1.1.Sự phát triển của ngành công nghi p ô tô Vi t Nam 12 ệ ệ 1.2.Vấn đề nghiên cứu 14

1.3.Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu luận văn 14

1.3.1.Mục đích của luận văn 14

1.3.2.Nội dung c a lu n v n 15 ủ ậ ă 1.3.3.Phương pháp nghiên cứu 15

Chương 2:QUY TRÌNH TÍNH TOÁN TÍNH NĂNG ĐỘNG L C HỌCVÀ TÍNH Ự KINH TẾ NHIÊN LIỆU Ô TÔ 16

2.1.Các thông số xác định tính năng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu ô tô 16

2.1.1.Lực kéo tiếp tuyến 16

2.1.2.Phương trình cân bằng lực kéo ô tô 17

2.1.3.Dự trữ lực kéo trên đường bằng 18

2.1.4.Lượng tiêu hao nhiên liệu 18

2.2.Các lực cản chuyển động của ô tô 21

2.2.1.Lực cản lên dốc 23

2.2.2.Lực quán tính 23

2.2.3.Lực cản không khí 25

2.2.4.Lực cản lăn 27

2.2.5.Lực cản trong hệ thống truy n lực 33 ề 2.2.6.Lực cản cơ học trong động c và lơ ực cản do truyền dẫn trang bị phụ 37

2.3.Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ và công suất của nó 39

2.4.Quy trình tính toán tính năng động lực học và tính kinh t nhiên liệu ô tô 43 ế

2.4.1.Đặc tính động lực kéo 43

2.4.2.Độ dốc lớn nh t có thể ượt 44 ấ v 2.4.3.Gia tốc lớn nh t 44 ấ 2.4.4.Thời gian và quãng đường tăng t c 46 ố 2.4.5.Lượng tiêu hao nhiên liệu 47

2.4.6.Tổng hợp công thức tính toán 47

Chương 3:CÁC GIẢI PHÁP C I THI NTÍNH N NG ĐỘNG L C H C VÀ Ả Ệ Ă Ự Ọ TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU 49

3.1.Tính toán tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu 49

3.1.1.Nhiệm vụ tính toán 49

3.1.2.Phương pháp tính toán 49

3.1.3.Lựa chọn xe tính toán 53

3.1.4.Các thông số tra cứu 56

3.1.5.Kết quả tính toán 59

3.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu ô tô 61

3.2.1.Ảnh hưởng của áp suất chỉ thị trong xi lanh động cơ 61

3.2.2.Ảnh hưởng của dung tích công tác của xi lanh động cơ 63

3.2.3.Ảnh hưởng của trọng lượng bản thân ô tô 65

3.2.4.Ảnh hưởng của hệ ố s khí động học ô tô 67

3.2.5.Ảnh hưởng của hệ ố ả s c n l n că ủ ốp xe 68 a l 3.3.Các giải pháp cải thiện tính năng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu ô tô 69

3.3.1.Tăng áp suất chỉ thị trong xi lanh động cơ 69

3.3.2.Tăng dung tích công tác c a xi lanh động cơ 70 ủ 3.3.3.Giảm trọng lượng bản thân ô tô 70

3.3.4.Giảm hệ số khí động học ô tô 71

3.3.5.Giảm hệ s cố ản lăn của lốp xe 71

KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

   Mức tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

JTP kgm2 Mô men quán tính của các ph n t quay trong h th ng ầ ử ệ ố

truyền lực

quay trong động cơ

 N Lực c n c a h th ng truy n l c khi ô tô chuy n động với ả ủ ệ ố ề ự ể

vận tốc gần bằng không

thành của hệ thống truy n lực khi tốề c độ g n bằng không ầ

a Hệ số đặc tr ng cho các t n th t t c độ trong h th ng ư ổ ấ ố ệ ố

truyền lực, chủ yếu là tổn thất do cản thủy lực

mô men xoắn trong các cặp truyền bánh răng và các cặptruyền các đăng

 Pa Áp lực tiêu hao chống l i lực cản cơ họạ c trong động c khi ơ

Bảng 12 Các công th c tính toán các lứ ực cản chuyển động, mô men

xoắn và công suất hiệu d ng cụ ủa động c ơ

47

Bảng 18 Kết quả Me, Ne , Qs khi thay đổi giá trị Vh đối với ô tô con 63Bảng 19 Kết quả Me, Ne , Qs khi thay đổi giá trị Vh đối với ô tô tải 63

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 6 Ảnh hưởng c a t i tr ng và áp su t trong l p xe t i h s ủ ả ọ ấ ố ớ ệ ố 30Hình 7 Ảnh hưởng c a các y u t thi t k t i h s c n l n ủ ế ố ế ế ớ ệ ố ả ă  31

LỜI NÓIĐẦU

thông của các quốc gia, đặc biệ ởt quốc gia đông dân như nước ta thì nhu cầu v n ậtải bằng ô tô luôn là nhu cầu cấp thiết Trong nhiều năm trở lạ đi ây, ngành công nghiệp ô tô của các quốc gia phát triển đã ổ định, nhu cầu trong nước đã thỏa mãn, n

họ mở rộng th trườị ng sang các n c đướ ang phát tri n, v i nhi u phương th c khác ể ớ ề ứnhau (như: bán sản ph m hoàn chỉẩ nh, chuy n giao công ngh lắể ệ p ráp, bán ph tùng ụlinh kiện).Trước sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô thế giới, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam được thừa hưởng các công nghệ tiên tiến, chủ động xây dựng được mục tiêu, chi n lược phù h p vớ đ ềế ợ i i u kiện trong nước, đồng th i nhanh ờchóng hòa nhập vào thị trường cũng như đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật quốc tế

Để đảm bảo cho s phát tri n củự ể a ngành công nghi p ô tô thì các kiếệ n th c ứ

về thiết kế chế tạo ô tô không ng ng được c i ti n, cho t i nay ã có nhiều công ừ ả ế ớ đtrình nghiên cứu về cơ sở lý thuy t để thi t k ch tạế ế ế ế o ô tô, trong ó có c sở lý đ ơthuyết về phương pháp tính toán tính năng động l c học và tính kinh tế nhiên liệu ô ự

tô, nhằ đm áp ng m c cao hơn tính chất vứ ở ứ ận tả ủa ô tô i c

Nâng cao tính kinh tế sử ụ d ng nhiên liệu và đặc tính động lực học của ô tô là một nhiệm vụ hế ứt s c quan tr ng Giải quyết vấọ n đề này cho phép gi m giá thành ảvận chuyển, tiết kiệm được nguồn năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.Để giải quyết nhiệm vụ đặt ra này trong quá trình thiết kế người ta sử dụng phương pháp lý thuyết để xác định mức tiêu hao nhiên liệu và tính n ng động l c h c c a ô ă ự ọ ủ

tô Như vậy, t o ra các phương pháp tính toán chính xác là nhi m v cấp yếu Giải ạ ệ ụquyết được nhiệm vụ này sẽ tạ đ ềo i u ki n gi m th i gian và chi phí cho công việc ệ ả ờhướng tới tối ưu hoá các thông số của ô tô

Trước nhu cầu thực tế trên, tác giả đ ã lựa chọn đề tài “Xây d ng quy trình ựtính toán, đánh giá tính năng động l c học và tính kinh tế nhiên liệu ô tô trong quá ựtrình thiết kế”.Phạm vi nghiên cứu tính năng động l c học và tính kinh tế nhiên ựliệu ô tô là rất rộng và thời gian nghiên cứu cho luận văn có hạn, vì vậy trong

khuôn khổ luận văn, đề tài chỉ ậ t p trung nghiên cứu tính năng động l c học và ựtính kinh tế nhiên liệu đối v i ô tô con và ô tô tả ử ụớ i s d ng động c 4 kỳ, nhiên ơliệu xăngvàdiesel, v i các nội dung chính: ớ

- Nghiên cứu, tìm hiểu các chỉ tiêu đánh giá tính năng động l c học và tính ựkinh tế nhiên liệu của ô tô;

- Xây dựng quy trình đánh giá tính năng động l c học và tính kinh tế nhiên ựliệu;

- Đề xuất giải pháp cải thiện tính năng động l c học và tính kinh tế nhiên ựliệu

Tác giả xin gửi lời trân trọng c m n đến các th y trong Bộ môn Ôtô và xe ả ơ ầ

Hoan - Thầy giáo hướng dẫn đề tài ã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn trong việc định đhướng nghiên cứu và các phương pháp giải quyết vấn đề cụ ể th t ra đặ

Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu và trình độ có hạn, nên đề tài khó tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong ti p t c nh n được s quan tâm, óng góp ý kiến của ế ụ ậ ự đcác thầy, cô và các bạn đồng nghi p nh m bổ sung và hoàn thiện hơn trong quá ệ ằtrình nghiên cứu tiếp theo

Hà Nội, ngày 03 tháng 01 năm 2013

TÁC GIẢ

Lê Duy Cương

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trong nhiều năm trở lạ đi ây, ngành công nghi p ô tô c a các qu c gia phát ệ ủ ốtriển đã ổ định, nhu cầu trong nước đã thỏa mãn, họ mở rộn ng th trường sang các ị

sản phẩm hoàn chỉnh, chuyển giao công nghệ lắp ráp, bán ph tùng linh ki n) Các ụ ệquốc gia phát triển còn liên kết với nhau thông qua nhiều phương thức (như: tài chính, công nghệ, quy định kỹ thuật hay tậ đp oàn sản xu t liên qu c gia ) ấ ố

Trước sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô thế giới, ngành công nghiệp

ô tô Việt Nam được thừa hưởng các công nghệ tiên tiến, chủ động xây dựng được

mục tiêu, chiến lược phù hợp với đ ều kiện trong nước, đồng thời nhanh chóng hòa inhập vào thị trường cũng như đ áp ng các yêu cầu kỹ thuật quốc tế ứ

Xác định đây là ngành công nghiệp quan trọng, cần ưu tiên phát triểnđể góp phần ph c vụ có hiệu quả quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá và xây dựng tiềm ụ

lực an ninh, quốc phòng của đất nước.Năm 2002 Chính phủ đã phê duyệt Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2010 tầm nhìn 2020 với mục tiêu “Phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt Nam trên cơ sở ế ti p thu và ng ứdụng công nghệ tiên tiến của thế giới, kết hợp với khai thác và từng bước nâng cao công nghệ và thiết bị hiện có, đáp ng ph n l n nhu c u th trường ôtô trong nước, ứ ầ ớ ầ ịhướng tới xuất khẩu ôtô và phụ tùng” [Quyết định số 175/2002/QĐ-TTg]

Năm 2004 Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô

ngành công nghiệp ô tô của nước ta là “Phát triển ngành công nghiệp ô tô trên c s ơ ởtiếp thu công nghệ tiên tiến của thế giới, k t hế ợp với việc đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu - phát triển trong nước và tận dụng có hiệu qu cơ sở vậả t ch t, trang ấthiết bị hiện có, nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu c u trong nầ ước về các loại xe thông dụng với giá cả cạnh tranh, t o động l c thúc đẩy các ngành công nghi p hỗ ạ ự ệ

trợ trong nước phát triển nh m đẩy nhanh quá trình sảằ n xu t linh kiện, phụ tùng ấtrong nước” [Quyết định số 177/2004/Q -TTg] Đ

Những n m gần đây số doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp và số lượng ô tô trên ă

cả nước theo thống kê của Cục Đăng kiểm Việt Nam như sau:

Năm

6 tháng đầu năm

Công nghệ sản xu t ô tô nước ta đến thờ đ ểấ ở i i m này vẫn ch yếu là công ủnghệ lắp ráp, các dây chuyền công nghệ mới chỉ dừng lại ở dạng CKD2 (một số linh kiện chưa được lắp ráp vào khung sản phẩm), IKD1 (tỷ l nệ ội địa hóa dưới 10%) s ẽkhông kích thích nhiều việc sản xuất các chi tiết phụ tùng trong nước phát tri n mà ểchủ yếu là phát triển công nghệ lắp ráp

Ngày 30/9/2011 Bộ Trưởng Bộ KH&CN đã ký Quyết định số BKHCN về việc phê duyệt mục tiêu, nội dung và dự kiến sản ph m của chương ẩtrình khoa học và công nghệ trọng i m cấp nhà nướđ ể c giai đ ạo n 2011-2015:

3055/QĐ-“Nghiên cứ ứu ng d ng và phát triể ứụ n ng d ng c khí và tự động hóa”, với mục tiêu ụ ơ

“Làm chủ công nghệ, thiế ết k , chế tạo và đưa ra th trường sản phảm cơ khí đủ sức ịcạnh tranh với khu vực và thế giới”, trong đó các chi tiết chính của ô tô (nh : h p ư ộ

số, động cơ, cầu sau, cầu trước) thuộc sản phẩm cơ khí chủ ế y u

Ngày 16/5/2012, Thủ tướng Chính phủ đ ã có V n b n s 634/TTg-KTN ă ả ốđồng ý cho dự án nhà máy s n xuấả t và ch t o động cơ (Hyundai) Chu Lai - Trường ế ạ

H iả được hưởng chính sách hỗ trợ theo Quyết định số 10/2009/QĐ-TTg ngày 16/01/2009 của Thủ tướng Chính phủ về cơ ch hỗ ợế tr phát tri n s n xu t s n ph m ể ả ấ ả ẩ

cơ khí trọng iđ ểm và danh mục các sản phẩm cơ khí trọng iđ ểm, danh mục d án ựđầu tư sản xu t s n ph m c khí tr ng i m giai o n t năấ ả ẩ ơ ọ đ ể đ ạ ừ m 2009 đến n m 2015 ă

ô tô Trường Hả đi ã khởi công Nhà máy sản xuất và chế tạo động c Chu Lai - ơTrường Hải, chuyên sản xuất động cơ ô tô Hyundai, dự án hoàn thành sẽ góp phần nâng cao tỷ ệ ộ l n i địa hóa cho ngành công nghiệp ô tô Việt Nam

1.2 Vấn đề nghiên cứu

nhu cầu cấp thiết, trong bố ải c nh ó, vi c thi t k ch t o, thi t k cả ạđ ệ ế ế ế ạ ế ế i t o xe c gi i ơ ớ

là cần thiết, vì vậ ầyc n đầu t cho khoa học và công nghệ đư , áp ng nhu cầu trong ứnước Để có thể thiết kế chế tạo ô tô c n phải có cơ sởầ lý thuy t, trong ó phương ế đpháp tính toán tính năng động l c h c và tính kinh tếự ọ nhiên li u c a ô tô là m t ệ ủ ộtrong những yêu cầu quan trọng trong quá trình thiết kế ô tô

Tính năng động l c h c cự ọ ủa ô tô là nh ng tính chấữ t đảmb o cho ô tô có tốc ả

độ trung bình lớn nhất đối v i nh ng i u ki n sử dụớ ữ đ ề ệ ng ã cho T c độ trung bình đ ốlớn nhất khi ô tô chuyển động được đảm bảo bởi một loạt chỉ tiêu chủ yếu như: đặc tính động lực kéo, khả năng lên dốc, thời gian và quãng đường tăng tốc

Tính kinh t nhiên liế ệu dùng để đánh giá chung các c đ ểđặ i m kết cấu và tính năng làm việc của các cụm chi tiết, hệ thống của ô tô có ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu khi xe làm việ ởc các đ ềi u kiện vận hành khác nhau

1.3 M ục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu luận vă n

1.3.1 Mục đích của luận văn

Trên cơ sở nghiên c u, tìm hi u các ch tiêu ánh giá tính n ng động l c h c ứ ể ỉ đ ă ự ọ

và tính kinh tế nhiên liệu của ô tô, t ó xây d ng quy trình tính toán, ánh giá tính ừ đ ự đ

n ng ă động lực học và tính kinh tế nhiên liệu ô tô trong quá trình thiết kế, nhằm giảm

thời gian và chi phí cho công việc hướng tới tố ưu hoá các thông số củi a ô tô, gi m ảgiá thành vận chuyển, tiết kiệm được nguồn năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường

1.3.2 Nội dung của luận văn

Luận văn được trình bày gồm 4 chương:

Trong chương này luận văn khái quát về sự phát tri n ngành công nhi p ô tô ể ệViệt Nam, từ đ ó thấy được công việc thiết kế chế tạo, thi t k cả ạế ế i t o xe c gi i là ơ ớcần thiết và phương pháp tính toán tính năng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu của ô tô là một trong những yêu cầu quan trọng trong quá trình thiết kế ô tô

Chương 2: Quy trình tính toán tính năng động l c họự c và tiêu hao nhiên li u ệcủa ô tô

Trong chương này tác giả nghiên c u, tìm hiểu các thông số liên quan tới ứviệc tính toán các chỉ tiêu tính n ng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu của ô tô, ă

t ừ đó xây dựng quy trình tính toán tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu ô

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu

Trong luận văn tác giả dùng phương pháp lý thuyết, kết hợp với sử dụng phần mềm Matlab để tính toán, khảo sát tính n ng động lựă c h c và tiêu hao nhiên ọliệu ô tô

VÀ TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU Ô TÔ 2.1 Các thông số xác định tính năng động lực học và tính kinh tế

nhiên liệu ô tô

2.1.1 Lực kéo tiếp tuyến

Quá trình tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường xảy ra rất phức

1

một lực tiếp tuyến P, ngược lại mặt đường tác dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển động v i ô tô và có giá trị bằớ ng l c P (Pự k = P) Phản lực Pk có tác dụng làm cho ô tô chuyển ng độ

Do vậy ph n lả ực tiếp tuyến Pk được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn được gọi là l c ch động.ự ủ

Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động

Như vậ ựy l c kéo ti p tuy n Pế ế k là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh

động Lực kéo có phương song song v i m t đường, có chi u cùng chiều chuyển ớ ặ ề

động của xe, có i m t tạđ ể đặ i tâm ti p xúc gi a bánh xe ch động và m t đường Giá ế ữ ủ ặtrị của lực kéo ti p tuyếế n nh sau: ư

Vh- Dung tích công tác của một xi lanh (lít)

uTP: Tỷ ố s truyền của hệ thống truy n lực ề

PTP: Lực cản trong hệ ố th ng truy n lực (N) ề

Pm: Lực cản cơ ọ h c tổng cộng trong động cơ (N)

2.1.2 Phương trình cân bằng lực kéo ô tô

Để ô tô có thể chuy n động được trên đường thì mô men so n ch th của ể ắ ỉ ị

động cơ M i phải tiêu thụ được tất cả các l c cự ản chuyển động bên trong và bên ngoài (quy chiếu về các bánh xe của ô tô) như:

- Lực cản cơ học t ng c ng trong động c (l c ma sát khi pitston chuyển ổ ộ ơ ựđộng theo thành của xi lanh, truyền dẫn của các bơm và các hệ thống phân phối khí, quạt, máy nén khí, máy phát đ ệi n và các thiết bị khác ) P mτ (N)

Tất cả các đại lượng trên quy chiếu về các bánh xe ô tô tạo nên phương trình cân bằng lực kéo ô tô như sau:



         

2.1.3 Dự trữ lực kéo trên đường bằng

của ô tô,lượng dự trữ lực kéo này ch yếủ u được s dụng để vượt dốử c và th ng l c ắ ựquán tính của ô tô

   

      

2.1.4 Lượng tiêu hao nhiên liệu

Tính kinh tế nhiên liệu ôtô được đặc trưng bới lượng chi phí nhiên liệu khi chuyển động trên những đ ềi u kiệ đường xá nhất định Trong tất cả các chi phí n

về vật li u c aô tô thì chi phí nhiên li u chi m l n nh t  chi phí nhiên li u có ệ ủ ệ ế ớ ấ ệthể chiếm tới 15  20 % hoặc lớn hơn trong giá thành vận chuyển bằng ôtô Do vậy, việc làm giảm chi phí nhiên liệu có ý ngh ĩa r t l n để nâng cao hi u qu sử ấ ớ ệ ảdụng và tính kinh tế nhiên liệu của ô tô

Chỉ tiêu cơ bản để đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ôtô khi vận chuyển

là lượng tiêu hao nhiên liệu theo đường i Qđ stính bằng lít trên quãng đường 100

km (lít/100 km) Chỉ tiêu này được xác định theo công thức:

          

Trong đó:

ρ: T tr ng c a nhiên li u (kg/mỷ ọ ủ ệ 3)

- Đối với dầu diesel thì ρ = 0,84 kg/m3

- Đối với xăngthì ρ = 0,76 kg/m3

và -Mức tiêu hao nhiên liệu chỉ thị, tính theo đơn vị  ;

po và - các đ ểi m uốn của đồ thị tương quan gis=f(pi) và gis=f(

Mức tiêu hao nhiên liệu chỉ thịg isxác định lượng tiêu hao nhiên liệu để thắng

lực bằng 1N trên đ ạn đường 100 km o

Trị số nh nh t c agỏ ấ ủ is (trong đ ềi u ki n hiệ ệu suất chỉ thị của động c bằng ơ100%) được xác định bằng phương pháp sau: Khi đốt cháy 1gam nhiên liệu diezel sinh ra nhiệt năng 43000 jun, khi đốt cháy 1gam xăng sinh ra nhiệt năng 44000 jun Giả sử toàn bộ ố ăng lượng này biế s n n đổi hoàn toàn thành công c h c thì để th ng ơ ọ ắđược lực 1N trên o n đ ạ đường 100 km cần tiêu t n 2,33 g nhiên liệố u diezel ho c ặ2,27g xăng Tuy nhiên, do có tổn thất nhiệt năng qua thành c a các xi lanh và thoát ủ

ra cùng khí thải, nên lượngtiêu thụ nhiên liệu để th c hiện công trên thực tế tốự n h n ơnhiều Đối với động cơ diesel nhiên liệu cần bổ xung thêm gần tương đương với số nhiên liệu tạo ra (2,3g/N.100km), động cơ xăng yêu c u b xung kho ng 1,5 l n so ầ ổ ả ầvới động cơ diesel Như vậy, để th ng được l c 1N trên o n đường 100 km khi ắ ự đ ạdùng động cơ diesel trung bình cần chi t n 4,6g/100 km, khi dùng động cố ơ ă x ng cần chi tốn 6,0g/100km, khi dùng động cơ tuốc bin cần chi tốn 10,0 g/100 km Thông

sốg is sẽ có giá tr tương ứị ng cho nh ng động c này, còn hi u su t ch th của động ữ ơ ệ ấ ỉ ị

cơ dùng nhiên liệu diesel là 2,33/gis, của động cơ dùng xăng là 2,27/gis

Như vậy, thông s gố is xác định mức độ hoàn thiện của động c như là một ơnhân tố chuyển đổi năng lượng chứa đựng trong nhiên liệu thành công n ng ă

Thực chất của thông số này và ảnh hưởng c a một loạt các yếu tố tới nó có ủthể hiểu được từ sự ph thu c c agụ ộ ủ is vào tần số quay của trục khuỷu và áp suất chỉ

thị Sự phụ thuộc này đối vớ động cơ diesel tăng áp được thể hiện trên hình 2a Trị i

số tần s quay c a tr c khu u và áp suất phù hợp với toàn bộ phạm vi làm việc của ố ủ ụ ỷđộng cơ Để so sánh ây có đưa ra đường cong gở đ is =f(pi) khi ω=160 s-1đối với động cơ diesel không t ng áp có cùng dung tích làm việă c (đường đậm) Có th gi i ể ảthích một cách gầ đn úng quy luật diễn bi n cế ủ ựa s ph thu c này ụ ộ

Thành phần cuả hỗn h p nh hưởng c b n t i đặc tính bi n đổi c a gợ ả ơ ả ớ ế ủ is theo

không đổi tỷ lệ thu n v i t i tr ng i u này làm cho h n h p nhiên liệu - không ậ ớ ả ọ Đ ề ỗ ợ

khí đậm đặc lên (hệ số dư th a không khí gi m xu ng) và tr số pừ ả ố ị i tăng làm ảnh

hưởng xấu tới quá trình làm việc của động cơ Kết quả tương quan g is =f(p i ) tăng

Trong động cơ tăng áp, lượng không khí thay đổi tỷ lệ thu n v i t i tr ng (h số dư ậ ớ ả ọ ệthừa không khí tăng) sự phụ thuộc này giảm xuống do có phần không khí bổ xung vào các xi lanh (khi pi như nhau so với động cơ không tăng áp)

Tại các trị số p inhỏ, gần và tương thích với chế độ làm việc của động cơ chạy không tải, đồ thị biểu thị sự ph thu c gụ ộ is =f(p i ) có lượng uốn nh i u này liên ỏ Đ ềquan tới vấn đề là khi lượng cấp nhiên liệu nh do áp lựỏ c phun gi m, làm cho ch t ả ấ

lượng nhiên liệu giảm Đ ểm uốn của đồ thị này được biểi u th bằng đại lượng pị gis

min (xem hình 2a)

Hình 2:Sự phụ thuộc của gis vào pi và ω Các đường mảnh dùng

cho động cơ tăng áp, Đường đậm dùng cho động cơ diesel không tăng áp

Hai yếu tố cơ bản ảnh hưởng t i đặc đ ểớ i m diễn biến sự phụ thuộc g is =f(ω) là

tổn thất nhiệt năng qua thành của các xi lanh và thành phần hỗn hợp nhiên liệu- không khí Sự phân tán nhiệt năng qua thành của các xi lanh tỷ ệ l với th i gian B i ờ ởvậy khi tăng tốc độ quay của trục khuỷu thì thời gian để thực hiện một chu kỳ làm việc của động cơ giảm xuống, dẫn tới giảm tổn thất nhiệt năng Đồng thời, tăng t c ố

độ chuyển ng của các pitston và tăng nhiệđộ t độ c a các phần tử tiếp giáp với không ủkhí trong sạch của động c làm xấơ u kh năả ng i n đầy không khí vào các xi lanh đ ề

Hệ số đ ền đầy giảm xuống i

Như vậy, đặc đ ểi m diễn biến của sự phụ thuộ gc is =f(ω) được xác định bởi hai

yếu tố tác động ngược chiều nhau Giảm tổn thất nhiệt năng d n tới giảm gẫ is và làm xấu thành phần hỗn hợp dẫn tớ ăi t ng g is Ảnh hưởng một cách nổi trội tới g is khi tần

số quay của trục khuỷu nhỏ hoăc trung bình là tổn thất nhiệt năng, khi tần số quay của trục khuỷu lớn là thành phần hỗn hợp Liên quan đến vấn đề này mà họ các

đường cong g is =f(ω ) khi = ω ω gis min có đ ểi m uốn iĐ ểm uốn của đường cong

g is =f(p i ) khi p i = p gis min (trong trường hợp này p gis min =0,3Mpa) tương ứng v i c c ớ ự

tiểu tuyệt đối của hàm g is =f(p i , ) ω Giá trị của nó chi u lên tr c tung được bi u thị ế ụ ểbằng(xem hình 2b)

Trên cơ sở ủ c a các nghiên c u ã th c hi n có th nh n xét r ng s thay đổi ứ đ ự ệ ể ậ ằ ự

của thông sốg is trong mối tương quan với tấ ả các yếu tố kểt c trên là không l n ớ

Đ ềi u này đưa ra m t c n c để sử dụộ ă ứ ng các tr số trung bình không đổigị istrong các tính toán thiết kế động c diesel và động cơ xăơ ng Các tr số trung bình không đổi ịnày cho trong bảng 1

Các lực c n chuy n động c a ô tô được sinh ra do nhi u nguyên nhân ả ể ủ ềkhác nhau Thành phần và tính chất của các lực cản phụ thuộc vào tính chất công

việc, địa hình và chế độ chuyể độn ng

Hình 3 : Sơ đồ t ng quát các lực tác dụng lên ô tô ổ

Các ký hiệu trên hình 2.2 như sau:

lực cản bên ngoài không tính được lực cản bên trong Bởi vậy khi xem sét các thành phần lực trong phương trình cân bằng l c kéo ô tô nên bắự t đầu t việc khảo sát các ừthành phần lực cản bên ngoài



được xác định bằng các i u kiệđ ề n và ch độ chuy n động, các tr sốế ể ị còn l i được ạxác định theo kết cấu của ô tô và là đối tượng nghiên cứu trong các khảo sát của đề tài Các thông số cần thiết cho tính toán này nhận được trên c sở tổơ ng k t và phân ếtích các số liệu thực nghiệm nhận được trên c sởơ kh o sát trên b th và kh o sát ả ệ ử ảtrên đường chạy

2.2.2 Lực quán tính

Lực quán tính P jxuất hiện khi ô tô chuyển động không ổ định (tốc độ của ô n

tô thay đổi) Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động (các khố ượng i lchuyển động tịnh tiến của ô tô, của bánh xe, của các phần tử quay trong hệ thống truyền lực và động cơ)

Jk - Mô men quán tính c a bánh xe (kgủ m2);

JTP - Mô men quán tính của các phần tử quay trong hệ thống truy n l c ề ự(kgm2);

Jdc - Mô men quán tính của các phần tử quay trongđộng cơ (kgm2);

Các mô men quán tính này được tính toán theo các công thức dưới đây:

- Mô men quán tính của bánh xe:

    (8)

Trong đó γk =400 kg/m3 (khối lượng riêng trung bình của bánh xe)

- Mô men quán tính của các phần tử quay trong h thống truyền lực: ệ

Mô men quán tính quy đổi về bánh xe của các phần tử quay trong hệ truyền

trục các đăng Mô men quán tính được xác định theo công thức:

    (9) Trong đó: nB - s lố ượng moay ơ các bánh xe chủ động

γTP - Khối lượng riêng trung bình của các phần tử quay trong hệ ố th ng truy n ềlực, lấy theo bảng 2

động đai Mô men quán tính của ng cơ được xác định theo công thức: độ

 

  

tịnh tiến trong động cơ) và γ dc(khối lượng riêng trung bình của các phần tử chuyển

động quay trong động cơ), được xác nh theo bảng 3 đị

làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực cản

không khíP w(N).Lực cản không khí đặt tại tâm của diện tích cản chính diện c a ô ủ

tô

mặt chắn gió phía trước Giá trị củ ựa l c c n không khí có th được xác định theo ả ểcông thức thực nghiệm:

       Trong đó:

Bảng 4 đưa ra các trị số hệ số C x và phạm vi thay đổi diện tích đầu xe Fcho

một số loại xe tải, tỷ trọng của không khí ρB =1,225 kg/m3 (trong đ ềi u kiện khí

quyển tiêu chuẩn) và sơ bộ đ ã tính được tr s F Đặc tính khí động h c đối v i ô tô ị ố ọ ớcon được cho trong bảng 5

Bảng 4:

Loại xe Đặc đ ể i m k t ế

cấu khung xe

Diện tích chính diện

xe F[m 2 ]

Bố cục Đầu nhô và đầu bán nhô

Buồng lái phía trên động cơ

Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng bên

đường, trong các ổ ụ tr c bánh, l c c n không khí, l c c n d c ch ng l i s quay ự ả ự ả ố ố ạ ựcủa bánh xe và sự tiêu hao năng lượng cho việc tạo thành vết bánh xe

Các kết quả khảo sát các loại lốp có kế ấu khác nhau (xem ví dụ hình 6 và t chình 7) trên bệ thử và trên đường chạy cho phép nhận được công thức tính toán lực

cản lăn của lốp xe ô tô trong giai đ ạn thiết kế như sau: o

 - h s cệ ố ản lăn của lốp xe ở chế độ ị động khi tốc độ ần bằng không; b g

Để xác định hệ ố s  có thể dùng công thức thực nghiệm sau:

H/B- Tỷ ệ l giữa chiều cao và chiều rộng c a l p xe; ủ ố

- Đại lượng tính tới kết cấu và vật liệu chế ạo lốp xe t

Cấu tạo chung của lốp ô tô thông dụng như trên hình 4

Hình 4: Cấu tạo chung lốp ô tô

môi trường, hạn chế ự s giãn nở kích thước của lốp khi lốp mòn

Lớp hoa lốp là lớp cao su bọc bên ngoài, nằm trên bề mặt lăn của bánh xe, lớp hoa văn bề mặt bên ngoài có hình d ng khác nhau, được g i là hoa m t l p, ạ ọ ắ ố

nhiệm vụ chính của hoa mắt lốp dùng để đảm bảo khả năng bám đường của bánh

xe Thông thường hoa mắt lốp có 3 dạng: dạng đường, vạn năng và khả năng vượt cao

Hình 5: Các dạng hoa mắt lốp cơ ả b n

Hình 6: Ảnh hưởng của tải trọng và áp suất trong lốp xe tới

hệ số cả n l n c a l p ở ă ủ ố ch độ th động khi t c độ g n b ng không ế ụ ố ầ ằ

Hình 7: Ảnh hưởng của các yếu tố thiết kế tớ i h s c n l n ệ ố ả ă 

Trị s cố ủa ∆Rf, μfvà k cho trong bảng 6

Khả năng vượt cao Trị số ∆ R f

Lốp Diagonal (D), với các

Lốp Radial (R), với các sợi

0,02 Lốp Radial (R), với các sợi

Hình 8:Các kích thước hình học cơ ả b n của lốp

tượng lăn không trượt, có vận tốc góc  và vận tốc tịnh tiến Vnhư bánh xe thực

tế Giá trị của bán kính l n ră kchính bằng khoảng cách từ tâm quay tức thời đến tâm hình học bánh xe

Bán kính lăn là một thông số quan trọng dùng để xác định hệ số cản l n ăcủa lốp xe Giá trị của rk phụ thu c vào mộ ức độ trượ ủa bánh xe và chỉ có thể t cxác định bằng thực nghiệm, để thuận tiện cho tính toán có thể lấy rk = rb

rb: Bán kính làm vi c trung bình cệ ủa bánh xe, rb = ro λ

ro: Bán kính thiết kế ủ c a bánh xe, ro = [H + (d/2)].25,4 (m)

H: Chi u cao lề ốp, tính theo đơn vị (mm)

d: đường kính vành bánh xe tính theo đơn vị Anh (insơ)

λ: H s k đến s bi n d ng lốệ ố ể ự ế ạ p, được ch n ph thu c vào lo i l p: ọ ụ ộ ạ ố

λ = 0,930 ÷ 0,935 (v i l p áp su t th p, thường ký hiệu B-d); ớ ố ấ ấ

λ = 0,945 ÷ 0,950 (v i l p áp su t cao, thường ký hi u Bxd) ớ ố ấ ệ

2.2.5 Lực cản trong hệ thống truyền lực

của ô tô có một phần bị tiêu hao để khắc phục các lực cản trong hệ thống truyền lực, sự tiêu hao đó có thể chía thành 2 nhóm:

sát giữa các phớt chắn dầu và các trục trong hệ thống truyền lực Nhóm này không phụ thuộc vào tải trọng ngoài mà chủ yếu ph thu c vào t c độ quay c a ụ ộ ố ủcác chi tiết, độ nh t của dầu, do đó gớ ọi chung nhóm này là hao tổn thủy lực Tốc

độ càng lớn thì hao t n th y lựổ ủ c càng l n Do không ph thu c vào t i tr ng nên ớ ụ ộ ả ọ

có thể xác định hao tổn thủy lự ởc chế độ không tải

Nhóm thứ hai bao gồm các hao tổn do ma sát trong các gối đỡ và trên các bánh răng ang n khớđ ă p Nhóm này phụ thuộc vào tải trọng, nghĩa là phụ thuộc vào mô men quay được truyền

Do vậy lực cản tổng cộng trong hệ thống truyền lựcP TP (N) bao gồm hai thành phần cơ bản: L c c n c a h th ng truy n l c khi ch y không (nhóm 1) ự ả ủ ệ ố ề ự ạ 

và lực cản của hệ thống truy n lựề c khi có tải(nhóm 2) 

    

Lực cản của hệ thống truyền lực khi chạy không được tính theo công thức:

    

Trong đó:

 - Lực cản của hệ thống truyền lực khi ô tô chuy n động với vậ ốc gần ể n tbằng không Lực cản này đặc trưng cho tổn th t do ma sát gi a các chi ti t c a h ấ ữ ế ủ ệthống truy n lực, khi chúng chuyển ề động tương đối với nhau cũng như lực c n tác ảđộng lên các phần tử của h th ng truy n l c khi chúng di chuy n ch m qua thùng ệ ố ề ự ể ậdầu

a - Hệ số đặc tr ng cho các t n th t t c độ trong h th ng truy n l c, ch y u ư ổ ấ ố ệ ố ề ự ủ ế

là tổn thất do cản thủy lực;

- Lực cản trong hệ thống truyền lực do truyền mô men xoắn;

Tương quan giữa các dạng sức cản trong hệ thống truyền lực phụ thuộc vào chế độ truyền mô men xoắn Trong các chế độ chuyển động chủ yếu thì lực cản của chế độ bị động chi m m t ph n áng k T tr ng c a nh ng l c c n này khá l n ế ộ ầ đ ể ỷ ọ ủ ữ ự ả ớkhi xe ô tô chạy v i t sốớ ỷ truy n l n Khi ó l c c n th y l c không liên quan t i ề ớ đ ự ả ủ ự ớviệc truyền mô men xoắn tăng, còn trọng lượng của các c m c a h th ng truy n ụ ủ ệ ố ềlực hoàn toàn không lớn (xem hình 9)

Hình 9:Cấu trúc lực cản trong hệ thống truyền lực

của xe tải có công thức bánh xe 4x2 khi nó chuyển động trên đường bằng

Hình 10: Sự phụ thuộc của a và 

vào nhiệ t độ c a dầu đối với ô tô 6x6 ủ

Hình 11: Sự biến đổi của các đại lượng a và 

tùy thuộc vào khoảng chạy

T ừ đồ thị đưa ra trên hình 9 rõ ràng là sức cản của hành trình chạy không chiếm hơn 80% sức cản tổng c ng c a hệ thống truyền lực Do độ ủ ó công vi c nghiên ệ

cứu sức cản của hệ thống truyền lực ở chế độ bị động có ý ngh a c p thi t M t s ĩ ấ ế ộ ốkết quả nghiên cứu về sức c n trong h th ng truy n lực ở chế độ bị ng ả ệ ố ề độ được chỉ

ra trên hình 10 và hình 11

Từ các hình trên ta thấy sức cản thủy lực (hệ số a) ph thu c áng k vào ụ ộ đ ểnhiệt độ của d u vì khi nhi t độ tăầ ệ ng thì độ nh t c a d u giảớ ủ ầ m xu ng C ng trong ố ũ

truyền lực vì trong quá trình làm việc của các phần tử các y u t nh hưởng t i s c ế ố ả ớ ứcản thủy lực luôn không đổi: khoảng cách giữa các cacte v i các chi ti t quay tròn, ớ ếmức dầu …

Đại lượng  đặc trưng cho lực c n ma sát, mức độ phụ thuộc của nó vào ảnhiệt độ dầu (độ nh t) ít h n h sốớ ơ ệ a nh ng nó l i ph thu c áng k vào m c độ ư ạ ụ ộ đ ể ứlàm việc c a các củ ụm tổng thành

Lực cản trong hệ thống truyền lực quy đổi về các bánh xe của ô tô được xác định theo công thức:

           

Trong đó: μ0 – hệ ố s tính tới số lượng các cụm t ng thành c a h truy n l c; ổ ủ ệ ề ự

GM- Trọng l ng bượ ản thân của ô tô phân bố lên cầu chủ động;

 - Đại lượng tính tới sức cản do ma sát trong các cụm tổng thành của hệ truyền lực khi tốc độ gần bằng không;

a- Hệ số đặc tr ng cho các t n th t t c độ trong h th ng truy n l c, chủ yếu ư ổ ấ ố ệ ố ề ự

là tổn thất do cản thủy lực;

μ- H sốệ tính t i s c c n trong h truy n l c, khi truyền mô men xoắn trong ớ ứ ả ệ ề ựcác cặp truyền bánh răng và các cặp truy n các đăng ề

      Trong đó:

ψ3n và ψkn- trị số trung bình c a các h sốủ ệ ma sát trong các b truy n bánh ộ ềrăng và các bộ truyền các đăng