Bài giảng Cấu tạo Ô tô hiện đại

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KhoaCơ khí – Bộ môn Kỹ thuật ô tô

BÀI GIẢNG

CẤU TẠO Ô TÔ HIỆN ĐẠI

Họ và tên GV: TS Nguyễn Đức NgọcBộ môn: Kỹ thuật ô tô

Khoa: Cơ khí

SĐT: 0903261129

Email: ndn@tlu.edu.vn

Trang 2

Chương 1:

Tác động môi trường và sự phát triển của ô tô hiện đại

1.1 Ô nhiễm không khí1.2 Sự nóng lên toàn cầu1.3 Tài nguyên dầu mỏ

1.4 Lịch xử phát triển của ô tô điện và hybrid1.5 Xu hướng phát triển của xe xanh (TC)

1.6 Các loại động cơ công nghệ mới và nhiên liệu tái tạo

Trang 3

1.1 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Ô nhiễm không khí là gì?

Theo định nghĩa của cộng đồng Châu Âu:

“Không khí được gọi là ô nhiễm khi thành phần của nó bị thay đổi hay có sự hiện diện của những chất lạ gây ra những tác hại đến tự nhiên và con người mà khoa học chứng minh được hay gây ra sự khó chịu đối với con người”

• Các chất gây ô nhiễm có thể gây nguy hại đến tự nhiên và con người mà có khoa học ở thời điểm đó nhận biết được hay chỉ đơn thuần gây ra sự khó chịu chẳng hạn như mùi hôi, màu sắc

• Danh sách các chất gây ô nhiễm cũng như giới hạn cho phép mức độ phát thải của chúng trong sản xuất và đời sống có thể thay đổi theo thời gian

Trang 4

Bảng 1.1: Sự gia tang của các chất gây ô nhiễm trong khí quyển

Trang 5

Bảng 1.2: Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Nhật (%)

Trang 6

Bảng 1.3: Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Mỹ (%)

Trang 7

Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả đối với sức khỏe con người

Bảng các chất có trong khí thải động cơ:

Trang 8

 CO: Là một loại khí ngạt, không màu, vô cùng nguy hiểm Nó tác dụng với

hồng cầu trong máu thành chất hê-mô-glô-bin Chất này ngăn cản sự hấp thụ oxy tiếp của các hồng cầu trong máu, làm cho máu không còn khả năng trở

thành máu tươi, gây ngạt cho phổi Khi nồng độ CO cao thì có thể gây tử vong; Ở mức trung bình sẽ ảnh hưởng đến não Ở múc độ thấp thì CO gây ra những ảnh hưởng kéo dài như nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn,…

 Các hydrocarbure (CH): Chúng có mùi khét, rất khó chịu Gây hại đến sức

khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm (họ Benzen).Từ lâu nay, người ta đã xác định được vai trò của benzen trong việc gây ung thư, rối loạn hệ thần kinh và các bệnh về gan kích thích mũi, mắt, niêm mạc đường hô hấp.

 NOx: cụ thể như NO2, NO3 là một chất có mùi khét khó chịu màu nâu Nó đi vào cơ thể qua đường hô hấp, vào phổi, cùng với hơi nước tạo HNO3 làm

sưng, viêm phổi và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp, nạn nhân sẽ

Trang 9

 SO2: oxide lưu huỳnh là một chất háo nước, nên rất dễ hòa vào hơi nước

trong sản phẩm cháy trong buồng cháy của động cơ, biến thành hơi

H2SO3,H2SO4 Chúng theo đường hô hấp vào sâu trong phổi, làm tổn thương đường hô hấp Mặt khác, SO2 còn làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ ảnh hưởng tới khả năng nam tính của đàn ông.

 Bụi hữu cơ : là một chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả của động cơ

diesel Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn ngậm các hạt bụi nhiên liệu không cháy kịp Chúng có đường kính khoảng 0.3mm nên rất dễ xâm nhập vào phổi qua đường hô hấp Ngoài việc gây cản trở cơ quan hô hấp như bất kỳ một tạp chất hóa học nào khác, bụi hữu cơ còn là nguyên nhân gây bệnh ung thư

Ngoài ra, tổ chức y tế thế giới WHO còn cảnh báo tình trạng vô sinh ở nam giới.

Trang 10

 Chì: có mặt trong khí xả do không được khử hết trong dầu thô trong quá trình

chưng cất nhiên liệu Chì trong khí xả tồn tại dưới dạng những hạt cực nhỏ, chúng dễ dàng xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc đường hô hấp Khi vào cơ thể, khoảng 30-40% lượng chì này đi vào máu Sự hiện diện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở nó, làm cho cơ thể hưng phấn, mất ngủ, trầm uất, táo

bón, gây cản trở sự hình thành enzyme để hình thành hồng cầu Đặc biệt hơn, nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ Chì bắt đầu gây ảnh hưởng cho cơ thể khi nồng độ của nó trong máu vượt quá 200-250mg/lít.

Trang 11

Ảnh hưởng ô nhiễm trong khí xả đối với Môi trường:

 Thay đổi nhiệt độ khí quyển: Với tốc độ gia tăng lượng CO2 trong không khí

như hiện nay, người ta dự đoán vào khoảng giữa thế kỷ XXI, nồng độ khí CO2trong không khí có thể tăng gấp đôi Khi đó, theo dự định của các nhà khoa học, nhiệt độ sẽ tăng từ 2-3oC, một phần băng ở Bắc Cực và Nam Cực sẽ tan ra làm tăng chiều cao mực nước biển, làm thay đổi chế độ mưa gió, làm sa mạc hóa trái đất.

 Ảnh hưởng đến sinh thái: Sự gia tăng hàm lượng NOx, đặc biệt là protoxyde

nito N2O có khả năng làm tăng sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí

quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát ra từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da và đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến tạo ra các vi khuẩn có khả năng làm lây lan các bệnh lạ, có khả năng dẫn tới hủy hoại sự sống của các sinh vật trên trái đất, giống như điều kiện hiện nay trên sao hỏa.

 Các chất có tính acide như SO2, NO2, bị oxy hóa thành acide sulfuric, acide nitric hòa tan trong mưa, tuyết, sương mù,… làm hủy hoại thảm thực vật trên trái đất (mưa acide), và gây ăn mòn các công trình kim loại.

Trang 12

1.2 SỰ NÓNG LÊN TOÀN CẦU

Nhiệt độ trung bình toàn cầu

Sau năm 1880

Trang 13

1.2 SỰ NÓNG LÊN TOÀN CẦU

Nhiệt độ trung bình toàn cầu

Trang 14

1.3 TÀI NGUYÊN DẦU MỎ

Lượng dự trữ dầu mỏ năm 2000

Tỷ tấn

Bắc Mỹ

Trung và nam MỹChâu Âu

Châu phiTrung đôngNga

Trang 15

1.4 LỊCH XỬ PHÁT TRIỂN CỦA Ô TÔ ĐIỆN VÀ HYBRID

Xe điện là loại phương tiện sử dụng động cơ điện để dẫn động thay vì động cơ đốt Động cơ điện giúp chuyển hoá điện năng thành cơ năng, không thải ra các khí CO2 nên được đánh giá là phương tiện xanh, thân thiện với môi trường.

Xe điện ra đời từ thế kỷ thứ 19, chiếc xe điện đầu tiên ra đời bởi Nhà phát minh Gustave Trouvé, người Pháp Ông đã sử dụng pin axit-chì được phát minh bởi người đồng hương Nhà vật lý học Gaston Planté vào năm 1859.

Trang 16

- Năm 1884: Thomas Parker tạo ra chiếc ô tô điện đầu tiên trên thế giới tại Anh.

- Năm 1890-1891: William Morrison chế tạo ra chiếc xe điện đầu tiên ở Mỹ với 6 chỗ ngồi và tốc độ tối đa 23km/h.

- Năm 1897: Walter Bersey chế tạo ra đội taxi điện hoạt động trên đường phố London Sau đó, loại taxi điện được sử dụng rộng rãi ở New York.

- Năm 1912: xe điện bùng nổ do được nhiều hộ gia đình ưa chuộng sử dụng Có tới 33.842 chiếc tại Mỹ.- Đến những năm 1920: hãng Ford sản xuất xe xăng với giá rẻ, tiện dụng khiến xe xăng trở nên phổ biến

Những chiếc xe điện năm 1912

Trang 17

Xe Hybrid HEV ra đời gần như cùng lúc với xe xăng, để hỗ trợ hiệu xuất ĐCĐT, do những ngày đầu kỹ thuật động cơ xăng còn kém hơn động cơ điện

Năm 1900: Xe Hybrid

Lohner-Porsche Elektromobil trình làng tại triển lãm Paris Exposition, trở thành chiếc xe hybrid (động cơ lai) đầu tiên trên thế giới.

Trang 18

• Năm 1917: Woods Motor Company giới thiệu

Woods Dual Power, mẫu xe điện “lai” được trang bị thêm động cơ đốt trong 4 xylanh đạt vận tốc tối đa khoảng 56,3 km/h

• Giai đoạn thập niên 60 - 70: Kỹ sư điện Victor

Wouk thiết kế nguyên mẫu động cơ HEV dựa trên Buick Skylark Khi chính phủ Mỹ quyết định dừng đầu tư vào việc phát triển xa hơn chiếc xe này, Wouk trở nên khánh kiệt và buộc phải từ bỏ dự án.

• Năm 1968: General Motors đã phát triển GM 512, một mẫu xe thử nghiệm chạy bằng điện tốc độ thấp và chạy xăng tốc độ cao.

• Năm 1989: Audi trình diễn chiếc Audi Duo thử nghiệm Đây là mẫu xe kết hợp giữa động cơ

Trang 19

Một khởi đầu mới cho ngành công nghiệp ô tô điện và Hybrid

• Năm 1997, Toyota giới thiệu mẫu xe điện hybrid đầu tiên mang tên Prius với doanh số lớn đã tạo điều kiện lớn cho thị trường này “hồi sinh”.

• Năm 2006, Tesla Motors (một công ty khởi nghiệp ở Thung lũng Silicon) tiết lộ chiến lược sản xuất mẫu xe thể thao thuần điện với phạm vi hoạt động hơn 200km mang tên Tesla Roadster Chiếc xe này được mở bán vào tháng 02/2008.

• Sự thành công của Tesla đã tạo động lực cho nhiều nhà sản xuất ô tô lớn đẩy nhanh tiến độ sản xuất xe điện của mình

Trang 20

1.5 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA XE XANH

Nghị quyết giảm thải khí phát thải tại COP26

Trang 21

trên toàn cầu

Trang 22

Trang 23

vực trên toàn thế giớiQuy mô xe điện ở ASEAN

• Xe điện ở asean còn rất nhỏ so

với các thị trường bên ngoài chủ yếu tập trung ở (Singapo, Thái Lan, Indonesia)

• Vậy nên sẽ có rất nhiều tiềm năng

phát triển ở thị trường 600tr dân này

Trang 24

Dự báo thị trường toàn cầu

Trang 25

Bộ môn Kỹ thuật Ô tô - ĐH Thủy Lợi 25

Quyết định số 876/QĐ-TTg ngày 22/7/2022 của Thủ tướng Chính phủ về Chương trình hành động về chuyển đổi năng lượng xanh, giảm phát thải khí các-bon và khí mê-tan của ngành giao thông vận tải

Xu hướng của Việt Nam

Trang 26

 Thị trường xe điện hiện tại của Việt Nam

-Ở Việt Nam số lượng bán xe điện còn rất ít : 2019 là 140 xe, năm 2020 tăng lên đến 900 xe vàđến năm 2023 tăng mạnh lên số

lượng khoảng 40.000 xe

=>Tuy nhiên vẫn chiếm tỷ lệ nhỏ xo với xe xăng

-2023, VinFast đã bán được tổng cộng 34.855 xe điện trên phạm vi toàn cầu, đạt 471% so với cùng kỳ 2022, tăng gần gấp 5

-Ở Việt Nam thì hếu hết người dân cũng chỉ biết đến xe điện của Vinfast và hầu như

chưa biết đến các xe điện của các hãngHyundai, Honda, KIA

=> Lý do?

Trang 27

1.6 CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ CÔNG NGHỆ MỚI VÀ NHIÊN LIỆU TÁI TẠO

Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI:

• Lượng nhiên liệu, thời điểm phunchính xác

• Tạo hỗn hợp phân lớp

=> Thể hiện ưu điểm nổi bật về tính năng kinh tế và sự giảm phát thải ô nhiễm môi trường

Trang 28

Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail CR:

• So với động cơ phun cơ khí cùng cỡ, hệ thống phun CR cho phép tăng công suất và mô men động cơ lên đến 25%, độ ồn và dao động giảm

• Hiệu suất cao hơn và mức phát thải ô nhiễm thấp hơn

1 Thùng nhiên liệu; 2 Bơm cao áp Common rail; 3 Lọc nhiên

Trang 29

Hệ thống nhiên liệu Diesel Dual fuel:

• Dùng các nhiên liệu khí ga sạch như CNG, LNG, Biomethane, …

• Hỗn hợp khí gas và không khí được nén cùng với hệ số nén của động cơ nguyên thủy để đảm bảo hiệu suất• Hỗn hợp không tự cháy được nên

cần một lượng Diesel để tạo lửa mồi• Bộ điều tốc nối với cả bộ khống chế

Diesel và khí gas

• Ở chế độ không tải, động cơ hoạt động với 76% Diesel và 24% khí gas, chế độ toàn tải khí gas lên đến 80%

Trang 30

Nhiên liệu tái tạo:

• Nhiên liệu tái tạo là các loại nhiên liệu được sản xuất từ các nguồn tái tạo như năng lượng mặt trời, cồn, hydro.

• Những loại nhiên liệu này được coi là thân thiện với môi trường hơn so với nhiên liệu hóa thạch, vì chúng góp phần giảm thiểu khí thải và tác động đến biến đổi khí hậu.

Trang 31

1.7 CÁC LOẠI XE SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SẠCH

Các hướng phát triển ô tô xanh, sạch

Các cấp độ xe xanh được phân loại theo mức độ phát thải khí CO2 ra môi trường cũng như vai trò của động cơ điện

Có 4 loại chính:

• Xe lai HEV – Hybrid electric vehicle

• Xe hybrid cắm sạc PHEV – Plug-in hybrid electric vehicle

• Xe thuần điện BEV – Battery electric vehicle (EV - Electric vehicle)• Xe điện pin nhiên liệu hydro FCEV – Fuel cell electric vehicle

Trang 32

 Xe lai HEV – Hybrid electric vehicle

Trang 33

 Xe hybrid cắm sạc PHEV – Plug-in hybrid electric vehicle

Trang 34

Trang 35

Trang 36

 Xe thuần điện BEV – Battery electric vehicle

Trang 37

Trang 38

 Xe điện pin nhiên liệu hydro FCEV – Fuel cell electric vehicle

Trang 39

Trang 40

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KhoaCơ khí – Bộ môn Kỹ thuật ô tô

BÀI GIẢNG

Họ và tên GV: TS Nguyễn Đức NgọcBộ môn: Kỹ thuật ô tô

Khoa: Cơ khí

SĐT: 0903261129

Trang 41

Trang 42

2.1 GIỚI THIỆU

Xe sử dụng nguồn động lực điện có 3 loại chính:

1-Xe thuần điện BEV – Battery electric vehicle (EV - Electric vehicle)2- Xe lai HEV – Hybrid electric vehicle

• Xe lai thông thường HEV

• Xe lai cắm sạc PHEV – Plug-in hybrid electric vehicle

3-Xe điện pin nhiên liệu hydro FCEV – Fuel cell electric vehicle

• Xe thuần pin nhiên liệu

• Xe có hệ thống cấp điện lai hybrid FCHEV (Fuel cell hybrid electric vehicle)

Trang 43

2.1 GIỚI THIỆU

Nguồn năng lượng khác nhau của xe điện:

Trang 44

• Các cụm hệ thống khác về cơ bản hoàn toàn giống một chiếc xe thông thường

• Nói về bố trí chung xe điện chủ yếu là về hệ thống động lực điện, hệ thống pin và nguồn năng lượng

Trang 45

2.2 BỐ TRÍ CHUNG XE ĐIỆN

Hệ thống động lực xe bao gồm 3 bộ phận:

ĐC điện

Bộ phận nạp năng

lượngNguồn

điệnBộ phận

quản lý năng lượng

Bộ phận trợ lực

láiBộ phận

cấp NL phụ trợ

ĐK điều hòa KKPhanh

Vô lăngChân ga

Kết nối cơ khíKết nối điện

Kết nối điều khiểnBộ chuyển

đổi điện

Trang 46

Hệ thống động lực điện

Bộ điều khiển xe

ĐC điện

lượngNguồn

điệnBộ phận

láiBộ phận

Vô lăngChân ga

Bộ chuyển đổi điện

Trang 47

Hệ thống nguồn

ĐC điện

lượngNguồn

điệnBộ phận

láiBộ phận

Vô lăngChân ga

Kết nối cơ khíKết nối điện

Kết nối điều khiểnBộ chuyển

đổi điện

Hệ thống cung cấp năng lượng:

• Nguồn năng lượng• Hệ thống quản lý

năng lượng

• Bộ phận nạp năng lượng

Trang 48

ĐC điện

lượngNguồn

điệnBộ phận

láiBộ phận

Vô lăngChân ga

Bộ chuyển đổi điện

Hệ thống phụ trợ:

• Trợ lực lái

• Hệ thống điều hòa không khí, …

Trang 49

Các cấu hình của ô tô điện:

Trang 50

• Phương án 3:

Động cơ => bộ bánh răng cố định => vi sai

Tương tự phương án 2 bộ truyền bánh răng cố định và vi sai được tích hợp nằm trên

Trang 51

Động cơ điện đặt trong bánh xe

Một bánh rang hành tinh giảm tốc và tăng mô men

Động cơ điện dẫn động trực tiếp bánh xe=> Yêu cầu động cơ điện có mô men xoắn cao để khởi động và tăng tốc

Trang 52

Phương án dẫn động 4 bánh 4WD:

• 2 động cơ dual motor powertrain• 3 động cơ triple motor powertrain• 4 động cơ four motor powertrain

Trang 53

2.3 HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC XE ĐIỆN

Hệ thống động lực điện là bộ phận trung tâm của xe điện và xe hybrid, gồm:

• Động cơ điện

• Bộ chuyển đổi điện năng (Power converters)

• Bộ điều khiển điện tử

(Electric controller) Bộ ĐK điện tửChuyển đổi điệnĐộng cơ điện

Trang 54

Động cơ điện:

• Chuyển đổi điện năng thành cơ năng để tạo ra lực kéo của xe

• Khi kích hoạt phanh tái sinh tạo ra điện để xạc bộ lưu trữ năng lượng trên xe

Động cơ điện

Chuyển đổi điệnBộ ĐK điện tử

Trang 55

Bộ chuyển đổi điện năng:

• Cung cấp cho động cơ điện với điện áp và dòng điện thích hợp

Bộ điều khiển điện tử:

• Cung cấp tín hiệu điều khiển bộ chuyển đổi điện năng để điều khiển động cơ điện tạo ra mô mem xoắn và tốc độ thích hợp theo yêu cầu của người lái xe

Động cơ điện

Chuyển đổi điện

Bộ ĐK điện tử