Phân tích đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ động lực ô tô Hybrid và thiết lập mô hình cụm phân phối

Với mục đích củng cố kiến thức cơ bản đã học và tiếp cận những thành tựu khoa học công nghệ mới nhằm bổ sung, nâng cao kiến thức, kỹ năng chuyên ngành ô tô, em chọn và được Bộ môn Kỹ thu

SUẤT-PSD TRONG HỆ THỐNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

(Ngành: Kỹ thuật Ô tô) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS-TS NGUYỄN VĂN NHẬN

TS LÊ BÁ KHANG

NHA TRANG, THÁNG 7 NĂM 2011

LỜI CẢM ƠN

Chúng em không thể theo đuổi và hoàn thành đồ án tốt nghiệp nếu không có

sự giúp đỡ của những người thân, thầy cô và những người bạn xung quanh Do vậy,

với sự trân trọng và cảm kích, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Gia đình

và Bố mẹ những người hết lòng chăm sóc, an ủi, động viên, tạo điều kiện cho

chúng Em trong thời gian thực hiện đề tài

Chúng Em xin chân thành cảm ơn PGS-TS NGUYỄN VĂN NHẬN và

TS LÊ BÁ KHANG đã dành thời gian quý báu tận tình hướng dẫn, chỉ bảo những

thiếu sót, cung cấp tài liệu tham khảo cần thiết để chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Ngoài ra, chúng em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy cô

Bộ môn kỹ thuật ô tô, khoa Cơ khí, Xưởng cơ khí ĐH Nha Trang và cán bộ, công nhân viên Công ty TNHH Cơ khí TRÚC LÂM đã cho phép, hỗ trợ chúng

em trong quá trình thực hiện mô hình

Xin cảm ơn thầy cô trong khoa Cơ Khí và thầy cô tham gia giảng dạy tại trường Đại học Nha Trang đã cung cấp cho chúng em những kiến thức cơ sở để có khả năng tham gia những công việc liên quan sau này Nhóm chúng xem xin gửi đến thầy cô lời chúc sức khỏe, luôn có thật nhiều niềm vui trong giảng dạy và đạt nhiều thành công trong công tác và nghiên cứu khoa học

Xin chân thành cảm ơn

Nha Trang, ngày 25/06/2011

Nhóm sinh viên thực hiện

Đào Thanh Lý

Lê Quang Khải

LỜI CẢM ƠN

Chúng em không thể theo đuổi và hoàn thành đồ án tốt nghiệp nếu không có

sự giúp đỡ của những người thân, thầy cô và những người bạn xung quanh Do vậy,

với sự trân trọng và cảm kích, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Gia đình

và Bố mẹ những người hết lòng chăm sóc, an ủi, động viên, tạo điều kiện cho

chúng Em trong thời gian thực hiện đề tài

Chúng Em xin chân thành cảm ơn PGS-TS NGUYỄN VĂN NHẬN và

TS LÊ BÁ KHANG đã dành thời gian quý báu tận tình hướng dẫn, chỉ bảo những

thiếu sót, cung cấp tài liệu tham khảo cần thiết để chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Ngoài ra, chúng em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy cô

Bộ môn kỹ thuật ô tô, khoa Cơ khí, Xưởng cơ khí ĐH Nha Trang và cán bộ, công nhân viên Công ty TNHH Cơ khí TRÚC LÂM đã cho phép, hỗ trợ chúng

em trong quá trình thực hiện mô hình

Xin cảm ơn thầy cô trong khoa Cơ Khí và thầy cô tham gia giảng dạy tại trường Đại học Nha Trang đã cung cấp cho chúng em những kiến thức cơ sở để có khả năng tham gia những công việc liên quan sau này Nhóm chúng xem xin gửi đến thầy cô lời chúc sức khỏe, luôn có thật nhiều niềm vui trong giảng dạy và đạt nhiều thành công trong công tác và nghiên cứu khoa học

Xin chân thành cảm ơn

Nha Trang, ngày 25/06/2011

Nhóm sinh viên thực hiện

Đào Thanh Lý

Lê Quang Khải

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG xi

DANH MỤC VIẾT TẮT xii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ 2

1.1 ĐỊNH NGHĨA, NHIỆM VỤ, PHÂN LOẠI 2

1.1.1 Định nghĩa 2

1.1.2 Nhiệm vụ 2

1.1.3 Phân loại 2

1.2 ĐỘNG CƠ 3

1.2.1 Định nghĩa 3

1.2.2 Các hệ thống trên động cơ 3

1.3 LY HỢP 4

1.3.1 Định nghĩa, nhiệm vụ, phân loại 4

1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động lý hợp ma sát 5

1.4 HỘP SỐ 7

1.4.1 Nhiệm vụ, phân loại 7

1.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hộp số ba cấp số tiến và một số lùi 7

1.5 CAC ĐĂNG VÀ KHỚP NỐI 9

1.5.1 Định nghĩa, công dụng và phân loại 9

1.5.2 Cấu tạo và hoạt động của cac dăng 10

1.6 CẦU CHỦ ĐỘNG 11

1.6.1 Nhiệm vụ, phân loại 11

1.6.2 Cấu tạo cầu chủ động 12

1.6.3 Nguyên lý hoạt động cầu chủ động 13

Chương 2 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ô TÔ HYBRID CÁC PHƯƠNG ÁN

HYBRID ĐIỂN HÌNH 14

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 14

2.2 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ô TÔ HYBRID Ở THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 14

2.2.1 Hoàn thiện động cơ diesel 15

2.2.2 Sử dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế 15

2.2.3 Sử dụng nhiên liệu khí 19

2.2.4 Ô tô chạy bằng điện 21

2.2.5 Ô tô sử dụng pin nhiên liệu (Fuel-cell) 23

2.2.6 Ô tô hybrid (ô tô lai) 24

2.3 CÁC PHƯƠNG ÁN PHỐI HỢP CÔNG SUẤT HYBRID 25

2.3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất 25

2.3.1.1 Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm 25

2.3.1.2 Phối hợp khi cần công suất cao 25

2.3.2 Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện 26

2.3.2.1 Kiểu nối tiếp 26

2.3.2.2 Kiểu song song 27

2.3.2.3 Kiểu hỗn hợp 28

2.3.2.4 So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất 29

Chương 3ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀNGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG HỆ ĐỘNG LỰC HYBRID 30

3.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO HỆ ĐỘNG LỰC HYBRID 30

3.1.1 Động cơ đốt trong 31

3.1.2 Hộp số và bộ phân phối công suất PSD (Hybrid Transaxle) 32

3.1.3 Motor điện và máy phát điện 33

2.1.4 Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter) 33

3.1.5 Ắc-quy điện áp cao (HV Battery-High Volt Battery) 34

3.1.6 Cáp nguồn 35

3.1.7 Ắc quy phụ 35

3.1.8 Các bộ phận khác có công dụng hỗ trợ trên ô tô hybrid 35

3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ ĐỘNG LỰC HYBRID 38

3.2.1 Ready On-Chế độ sẵn sàng 39

3.2.2 Chạy với MG2 40

3.2.3 Chạy với MG2 và MG1 khởi động động cơ xăng 41

3.2.4 Tăng tốc nhẹ với động cơ xăng 43

3.2.5 Chạy tốc độ thấp ổn định 44

3.2.6 Tăng tốc hoàn toàn 46

3.2.7 Chạy tốc độ cao ổn định 47

3.2.8 Chạy ở tốc độ tối đa 48

3.2.9 Giảm tốc hoặc phanh 50

3.2.10 Chạy lùi 51

Chương 4THIẾT LẬP MÔ HÌNH VỚI CỤM PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT-PSD 53

4.1 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 53

4.1.1 Tính toán và chọn công suất máy điện (MG2) 53

4.1.2 Tính toán và chọn công suất động cơ nhiệt 57

4.1.3 Chọn công suất máy điện (MG1) 60

4.1.4 Phân bố tải trọng lên các dầm cầu của ô tô ở trạng thái tĩnh 60

4.1.5 Chọn lốp ô tô 60

4.2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT 61

4.2.1 Bộ phối hợp công suất kiểu truyền động nối cứng tốc độ ( 2 1.i21) 62

4.2.2 Bộ phối hợp công suất kiểu biến đổi mômen 65

4.2.3 Bộ phối hợp công suất kiểu vi sai tốc độ 70

4.3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN GIA CÔNG CHẾ TẠO CỤM PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT-PSD 82

4.3.1 Phương án 1, mua mới bộ phân phối công suất PSD 82

4.3.2 Phương án 2, cải hoán sử dụng các chi tiết có sẵn trên thị trường 83

4.3.3 Phương án 3, thiết kế chế tạo mới toàn bộ mô hình 83

4.3.4 Phân tích lựa chọn phương án 84

4.4 THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỘ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT-PSD 84

4.4.1 Bộ phối hợp công suất kiểu vi sai tốc độ (bộ chia công suất-PSD) 84

4.4.2 Các thông số đầu vào và các thông số đầu ra ở các chế độ hoạt động 86

4.4.3 Tính toán, thiết kế bộ chia công suất PSD 87

4.5 GIA CÔNG CHẾ TẠO, LẮP RẮP MÔ HÌNH 99

4.5.1 Giai đoạn 1 99

4.5.2 Giai đoạn 2 101

4.5.3 Bảo dưỡng, khai thác và vận hành mô hình 102

Chương 5KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 103

5.1 KẾT LUẬN 103

5.2 ĐỀ XUẤT 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

NGUỒN WEBSITE THAM KHẢO 106

PHỤ LỤC 107

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô 3

Hình 1-2: Động cơ ô tô 4

Hình 1-3: Sơ đồ cụm đĩa ép ly hợp 5

Hình 1-4: Sơ đồ cấu tạo đĩa bị động của ly hợp 5

Hình 1-5: Sơ đồ hệ thống ly hợp tổng quát 6

Hình 1-6: Sơ đồ cấu tạo của hộp số loại ba cấp số tiến và một số lùi 7

Hình 1-7: Sơ đồ kết cấu của hộp số bánh răng di động với cơ cấu sang số, các bánh răng đang ở vị trí số 0 8

Hình 1-8: Sơ đồ cấu tạo trục cac đăng 10

Hình 1-9: Sơ đồ cấu tạo trục chữ thập 10

Hình 1-10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động trục cac đăng 10

Hình 1-11: Cấu tạo bộ vi sai 11

Hình 1-12: Sơ đồ cấu tạo cầu chủ động 13

Hình 2-1: Tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm của ô tô 14

Hình 2-2: Hệ thống hybrid nối tiếp 26

Hình 2-3: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp 26

Hình 2-4: Hệ thống hybrid song song 27

Hình 2-5: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song 27

Hình 2-6: Hệ thống hybrid hỗn hợp 28

Hình 2-7: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp 29

Hình 3-1: Sơ đồ hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 30

Hình 3-2: Ô tô hybrid Toyota Prius 31

Hình 3-3: Động cơ đốt trong, hộp số của ô tô hybrid (Toyota Prius) 31

Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo hộp số và bộ phân phối công suất 32

Hình 3-5: Hộp số và bộ phân phối công suất PSD ô tô hybrid (Toyota Prius) 32

Hình 3-6: Motor điện và máy phát điện ô tô hybrid (Toyota Prius) 33

Hình 3-7: Bộ chuyển đổi điện 34

Hình 3-8: Ắc-quy điện áp cao trên Toyota Prius 34

Hình 3-9: Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao 35

Hình 3-10: Bố trí Ắc-quy phụ trên ô tô hybrid 35

Hình 3-11: Sơ đồ hệ động lực Hybrid 38

Hình 3-12: Điều kiện ô tô ở chế độ Ready On 39

Hình 3-13: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD ở chế độ Ready On 39

Hình 3-14: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất trên ô tô 39

Hình 3-15: Điều kiện của ô tô chạy với MG2 40

Hình 3-16: Biểu đồ monographic và hoạt động của PSD khi chạy với MG2 40

Hình 3-17: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy với MG2 40

Hình 3-18: Điều kiện của ô tô khi chạy với MG2 và khởi động động cơ xăng 41

Hình 3-19: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD khi chạy với MG2 và MG1 khởi động động cơ xăng 41

Hình 3-20: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy với MG2 và MG1 khởi động động cơ xăng 42

Hình 3-21: Điều kiện của ô tô khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng 43

Hình 3-22:Monographic và sơ đồ hoạt động PSD khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng 43

Hình 3-23: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng 43

Hình 3-24: Điều kiện của ô tô khi chạy tốc độ thấp ổn định 44

Hình 3-25: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD ở tốc độ thấp ổn định 44

Hình 3-26: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy tốc độ thấp ổn định 45

Hình 3-27: Điều kiện của ô tô khi tăng tốc hoàn toàn 46

Hình 3-28: Khi tăng tốc hoàn toàn 46

Hình 3-29: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất tăng tốc hoàn toàn 46

Hình 3-30: Điều kiện của ô tô khi chạy tốc độ cao ổn định 47

Hình 3-31: Monographic khi chạy tốc độ cao ổn định 47

Hình 3-32: Sơ đồ đường truyền năng lượng và công suất chạy tốc độ cao ổn định 48

Hình 3-33: Điều kiện của ô tô khi chạy ở tốc độ tối đa 48

Hình 3-34: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD khi chạy ở tốc độ tối đa 49

Hình 3-35: Sơ đường truyền năng lượng điện và công suất ở tốc độ tối đa 49

Hình 3-36: Điều kiện của ô tô khi chạy giảm tốc hoặc phanh 50

Hình 3-37: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD khi giảm tốc hoặc phanh 50

Hình 3-38: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất khi giảm tốc hoặc phanh 51

Hình 3-39: Điều kiện của ô tô khi chạy lùi 51

Hình 3-40: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD khi chạy lùi 52

Hình 3-41: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy lùi 52

Hình 4-1: Lực và mômen tác dụng lên ô tô chuyển động tăng tốc trên đường dốc 53

Hình 4-2: Sơ đồ xác định diện tích cản chính diện của ô tô 55

Hình 4-3: Sơ đồ bố trí tổng thể bộ truyền phối hợp hai nguồn động lực 61

Hình 4-4: Bộ phối hợp công suất kiểu nối cứng tốc độ ( 2 1.i21) 62

Hình 4-5: Bộ phối hợp công suất kiểu biến đổi mômen 65

Hình 4-6: Bộ phối hợp công suất kiểu biến đổi mômen 66

Hình 4-7: Bộ phối hợp công suất kiểu vi sai tốc độ 70

Hình 4-8: Sơ đồ cơ cấu bộ chia công suất PSD 71

Hình 4-9: Sơ đồ cơ cấu của bộ chia công suất khi chỉ truyền động bằng MG2 73

Hình 4-10: Sơ đồ cơ cấu bộ chia công suất PSD khi chỉ truyền bằng động cơ xăng75 Hình 4-11: Sơ đồ cơ cấu của bộ chia công suất PSD khi truyền động kết hợp cả hai nguồn công suất của động cơ điện (MG1) và động cơ xăng 78

Hình 4-12: Sơ đồ cơ cấu của bộ chia công suất PSD khi MG1 khởi động động cơ xăng trường hợp ô tô đứng yên 81

Hình 4-13: Bộ chia công suất PSD 84

Hình 4-14: Bánh răng bao của bộ chia công suất PSD 84

Hình 4-15: Bánh răng hành tinh của bộ chia công suất PSD 85

Hình 4-16: Bánh răng trung tâm của bộ chia công suất PSD 85

Hình 4-17: Cần C (Chạc mang bánh răng hành tinh) của bộ chia công suất PSD 85

Hình 4-18: Sơ đồ tính toán cơ cấu bộ chia công suất PSD 87

Hình 4-19a: Sơ đồ tính toán điều kiện đồng trục, điều kiện lắp, điều kiện kề của bộ chia công suất PSD 88

Hình 4-19b: Sơ đồ tính toán điều kiện đồng trục, điều kiện lắp, điều kiện kề của bộ chia công suất PSD 88

Hình 4-20: Sơ đồ tính toán tỉ số truyền i1C của bộ chia công suất PSD 92

Hình 4-21: Sơ đồ tính toán khoảng cách trục của bộ chia công suất PSD 94

Hình 4-22: Cụm ăn khớp bánh răng trung tâm-bánh răng hành tinh 100

Hình 4-23: Gia công bánh răng bao trên máy cắt dây CNC 101

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2-1: Một số tính chất cơ bản của các loại dầu thực vật 16

Bảng 2-2 So sánh ƣu nhƣợc điểm giữa 3 kiểu hệ thống phối hợp công suất 29

Bảng 4-1: Thông số kỹ thuật của MG2 57

Bảng 4-2: Thông số kỹ thuật của động cơ xăng 59

Bảng 4-3: Thông số đầu vào và đầu ra của bộ chia công suất PSD 86

Bảng 4-4: Thông số hình học của bánh răng bao 98

Bảng 4-5: Thông số hình học của bánh răng trung tâm 98

Bảng 4-6: Thông số hình học của bánh răng vệ tinh 99

DANH MỤC VIẾT TẮT

1 HTTL: Hệ thống truyền lực

2 DME: Dimethyl ether (nhiên liệu lỏng)

3 LPG: Liquefied petroleum gas (khí hóa lỏng)

4 CNG: Compressed natural gas (khí thiên nhiên)

5 ĐCĐT: Động cơ đốt trong

6 PSD: Power split device (Bộ chia công suất)

7 CVT: Continuosly variable transimission (hộp số biến thiên vô cấp)

8 SOC: State of charge (tình trạng sạc)

9 DC: Dòng điện một chiều

10 MG1-Motor Generater 1 (tổ hợp động cơ, máy phát 1)

11 MG2-Motor Generater 2 (tổ hợp động cơ, máy phát 2)

12 HV Batterry - High volt batterry (ắc quy cao áp)

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, “vấn đề ô nhiễm môi trường” luôn được quan tâm không chỉ trong

phạm vi một quốc gia mà còn trên cả thế giới Khí thải động cơ ô tô là một nguyên nhân gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, sự nóng lên của trái đất và đặc biệt là ảnh hướng sức khoẻ con người Bên cạnh đó, “vấn đề năng lượng” cho ô tô ngày càng trở nên khó khăn hơn khi dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, giá nhiên liệu ngày càng tăng

cao ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta

Với mục đích củng cố kiến thức cơ bản đã học và tiếp cận những thành tựu khoa học công nghệ mới nhằm bổ sung, nâng cao kiến thức, kỹ năng chuyên ngành

ô tô, em chọn và được Bộ môn Kỹ thuật ô tô, khoa Cơ khí giao đồ án tốt nghiệp với

đề tài: “PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ HYBRID VÀ THIẾT LẬP MÔ HÌNH BỘ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT-PSD TRONG HỆ THỐNG”

Nội dung đề tài bao gồm 5 chương:

 Chương 1: Tổng quan hệ động lực ô tô

 Chương 2: Xu hướng phát triển ô tô hybrid và các phương án Hybrid điển hình

 Chương 3: Đặc điểm cấu tạo vào nguyên lý hoạt động Hệ động lực ô Hybrid

 Chương 4: Thiết lập mô hình với cụm phân phối công suất-PSD

 Chương 5: Kết luận và đề xuất ý kiến

Chúng Em đã hết sức cố gắng tìm kiếm, dịch thuật tài liệu, tiếp cận thực tế để gia công chế tạo mô hình cho tới nay các nội dung cơ bản đã hoàn thành, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế ít ỏi nên đề tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong Quý thầy cô góp ý chỉ bảo thêm để bổ sung đề tài hoàn thiện hơn

Nhóm sinh viên thực hiện

Đào Thanh Lý

Lê Quang Khải

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ

1.1 ĐỊNH NGHĨA, NHIỆM VỤ, PHÂN LOẠI

1.1.1 Định nghĩa

Hệ thống truyền lực (HTTL) của ô tô là hệ thống tập hợp tất cả các cơ cấu nối từ động cơ tới bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mô men

1.1.2 Nhiệm vụ

 Truyền, biến đổi mô men quay và số vòng quay từ động cơ tới bánh xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ, và mô men cản sinh

ra trong quá trình ô tô chuyển động

 Cắt dòng truyền trong thời gian ngắn hoặc dài

 Thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ô tô

 Tạo khả năng chuyển động “mềm mại’’ và tính năng việt dã trên đường

1.1.3 Phân loại

1.1.3.1 Phân loại theo hình thức truyền năng lượng

 HTTL cơ khí bao gồm các bộ truyền ma sát, các hộp biến tốc, hộp phân

phối truyền động cac đăng, loại này được dùng phổ biến

 HTTL cơ khí thủy lực bao gồm các bộ truyền cơ khí, bộ truyền thủy lực

 HTTL điện từ bao gồm nguồn điện, các động cơ điện, rơle điện từ, dây dẫn

 HTTL thủy lực bao gồm bơm thủy lực, các động cơ thủy lực

 HTTL liên hợp bao gồm một số bộ phận cơ khí, một số bộ phận thủy lực, một số bộ phận điện từ

1.1.3.2 Phân loại theo đặc điểm biến đổi tỉ số truyền

 Truyền lực có cấp là truyền lực có các tỷ số truyền cố định, việc thay đổi tỷ

số truyền theo dạng bậc thang

 Truyền lực vô cấp là tuyền lực có tỷ số truyền biến đổi liên tục tùy thuộc

vào chế độ làm việc của động cơ và cản mặt đường

1.1.3.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển thay đổi tốc độ

 HTTL cơ khí có cấp điều khiển bằng cần số

 HTTL cơ khí thủy lực điều khiển tự động

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô

1.2 ĐỘNG CƠ

1.2.1 Định nghĩa

Động cơ là nguồn động lực chính làm cho ô tô chuyển động Nguồn động lực này được động cơ tạo ra khi nó đốt cháy môi chất công tác trong một không gian nhỏ bé gọi là buồng đốt, khi đó môi chất công tác sẽ giãn nở đẩy cơ cấu piston thanh truyền đi xuống làm trục khuỷu quay

1.2.2 Các hệ thống trên động cơ

 Hệ thống nhiên liệu cung cấp một hỗn hợp tỷ lệ đúng của nhiên liệu và không khí để

phù hợp với tải động cơ Mức độ giàu nghèo của hỗn hợp được đánh giá bằng hệ số dư lượng không khí (đối động cơ xăng) và hệ số nạp (đối với động cơ diesel)

 Hệ thống làm mát trên ô tô thường là hệ thống làm mát bằng nước mà có pha thêm

chất phụ gia nhằm chống đông khi gặp trời lạnh, chống bám cặn, chống ăn mòn

Hình 1-2: Động cơ ô tô

 Hệ thống bơi trơn làm nhiệm vụ giảm hao mòn do ma sát của các cặp chi tiết chuyển

động tương đối với nhau và tham gia một phần vào quá trình làm mát động cơ

 Hệ thống đánh lửa (ở động cơ xăng) cung cấp một nguồn điện rất lớn gửi đến hai cực

của buji để tạo tia lửa điện để đốt cháy môi chất công tác vào cuối kỳ nén

 Tạo khả năng đóng ngắt mạch truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ động

 Ly hợp đảm bảo đóng ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động và thực hiện trong thời gian ngắn

 Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho HTTL và động cơ

 Khi có hiện tượng cộng hưởng (rung động lớn) ly hợp có khả năng dập tắt nhằm nâng cao chất lượng truyền lực

1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động lý hợp ma sát

1.3.2.1 Cấu tạo

Hình 1-3: Sơ đồ cụm đĩa ép ly hợp

Bao gồm các phần sau:

Phần chủ động: gồm các chi tiết lắp ghép trực tiếp hoặc gián tiếp với bánh

đà của động cơ và có cùng tốc độ quay với bánh đà

Phần bị động: gồm các chi tiết lắp ghép trực tiếp hoặc gián tiếp với trục bị

động của ly hợp và có cùng tốc độ quay với trục bị động của ly hợp Phần bị động gồm trục bị động và đĩa bị động

Hình 1-4: Sơ đồ cấu tạo đĩa bị động của ly hợp Phần dẫn động điều khiển ly hợp: gồm các chi tiết điều khiển ly hợp, chúng

gồm cả chi tiết nằm trong phần chủ động nhƣ đòn mở, bạc mở và các chi tiết điều khiển bạc mở

Bộ phận tạo lực ép gồm: vỏ ly hợp, lò xo ép, đĩa ép

1.3.2.2 Nguyên lý làm việc của ly hợp ma sát

Bao gồm hai trạng thái: đóng và mở

Trạng thái mở là trạng thái làm việc không thường xuyên Khi tác dụng lên

cơ cấu điều khiển kéo đĩa ép di chuyển ngược chiều ép của lò xo, tách giữa các bề mặt ma sát của đĩa bị động với bánh đà và đĩa ép Phần chủ động của ly hợp quay theo động cơ, nhưng do lực ép không tác dụng lên đĩa ép, bởi vậy không tạo nên ma sát để truyền mô men xoắn từ phần chủ động sang phần bị động

 Tạo nên chuyển động lùi cho ô tô

 Có thể ngắt dòng truyền trong một thời gian dài

1.4.1.2 Phân loại

 Hộp số cơ khí

 Hộp số tự động

 Hộp số vô cấp

1.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hộp số ba cấp số tiến và một số lùi

1.4.2.1 Cấu tạo hộp số loại bánh răng ba cấp số tiến và một số lùi

Hình 1-6: Sơ đồ cấu tạo của hộp số loại ba cấp số tiến và một số lùi

Vỏ: gắn trục sơ cấp (trục dẫn động), trục thứ cấp (trục bị động), trục trung

gian, trục bánh răng lùi, các bánh răng và cơ cấu cài số Vỏ hộp số được đúc bằng gang, có nắp bên trên hoặc bên hông

Trục sơ cấp: được đúc bằng thép liền khối với bánh răng chủ động A Phần

trước có rãnh then hoa ráp vào moayơ đĩa ly hợp Trục sơ cấp quay tựa trong vòng

bi nơi vách trước vỏ hộp số và gối đầu vào trong vòng bi trung tâm đuôi trục khuỷu

Trục thứ cấp: có phay rãnh dọc, đầu trước gối vào vòng bi đũa ráp trong tâm

bánh răng chủ động A, phần sau tựa lên vòng bi nơi vách sau vỏ hộp số có đầu nhô

ra ngoài để ráp truyền truyền động cac đăng Trên rãnh dọc trục thứ cấp trượt tới lui hai bánh răng (1) và (2) Trục thứ cấp và sơ cấp được lắp ráp thẳng hàng với nhau

Trục trung gian: được đúc dính một khối với các bánh răng B, (2’), (1’) và

bánh răng lùi Trục này quay trên hai vòng bi nơi vách trước và sau vỏ hộp số và cùng quay với trục sơ cấp vì bánh răng B luôn luôn ăn khớp với bánh răng chủ động

A Bánh răng lùi quay trên một trục riêng và thường xuyên ăn khớp với bánh răng lùi của trục trung gian

Cơ cấu sang số: bố trí bên trong nắp phía trên hay bên hông hộp số để cài số

tiến, số lùi và đưa bánh răng về số (0)

1.4.2.2 Nguyên lý hoạt động của hộp số bánh răng ba cấp số tiến và một số lùi

Hình 1-7: Sơ đồ kết cấu của hộp số bánh răng di động với cơ cấu sang số, các bánh

răng đang ở vị trí số 0 Cài số 1: Các bánh răng đang ở vị trí số 0, gạt tay nắm cần sang số qua trái

và kéo lùi, cần này sẽ dẫn động gắp 1 đi tới cài bánh răng (1) vào bánh răng (1’)

Mô men xoắn từ bánh răng chủ động A truyền qua bánh răng B và trục trung gian đến bánh răng (1’) lên bánh răng (1) kéo trục thứ cấp quay Ở cấp số một tỷ số truyền động được giảm tốc hai lần: tại đôi bánh răng A-B và (1)-(1’), vì vậy tỷ số

truyền lực lớn nhất trong các cấp số tiến

Cài số 2: Đẩy cần sang số tới trước để tách bánh răng (1) ra khỏi bánh răng

(1’), sau đó gạt qua phải và đẩy tới Cần số sẽ dẫn động gắp 2 lùi, cài bánh răng (2) vào bánh răng (2’) Mô men xoắn từ bánh răng chủ động A đến bánh răng B, trục trung gian, bánh răng (2’) đến bánh răng (2) kéo quay trục thứ cấp Truyền động

được giảm tốc một lần

Cài số 3: Kéo lùi cần số gắp 2 đẩy bánh răng (2) khớp vào mặt sau của bánh

răng chủ động A, trục sơ cấp và thứ cấp được nối thành một trục duy nhất, mô men

truyền thẳng từ trục sơ cấp đến trục thứ cấp Đây là cấp số cao nhất

Cài số lùi: Đẩy cần sang số tới để tách bánh răng (2) ra khỏi bánh răng chủ

động A, sau đó gạt cần sang số qua trái và đẩy tới, gắp 1 sẽ tiến ra phía sau cài bánh răng (1) vào bánh răng trung gian lùi Mô men truyền từ bánh răng chủ động A đến

B, đến trục trung gian Mô men truyền tiếp từ bánh răng lùi của trục trung gian đến bánh răng trung gian lùi kéo bánh răng (1) và trục thứ cấp quay ngược chiều với trục sơ cấp

1.5 CAC ĐĂNG VÀ KHỚP NỐI

1.5.1 Định nghĩa, công dụng và phân loại

1.5.1.1 Định nghĩa

Cac đăng và khớp nối là cơ cấu nối và truyền dẫn mô men giữa hộp số và bộ

vi sai cầu chủ động dưới góc độ và chiều dài thay đổi liên tục

1.5.1.2 Công dụng

Truyền tải mô men xoắn từ hộp số đến cầu chủ động để dẫn động bánh xe

Vì động cơ và hộp số được gắn cố định hay gần như cố định trên khung ô tô, trong khi đó cầu chủ động được hệ thống treo ô tô bao gồm nhíp và lò xo gá đỡ Lúc ô tô nhún nhảy trên mặt đường gồ ghề, góc truyền động của trục truyền thay đổi liên tục, đồng thời chiều dài của trục cũng thay đổi theo Truyền động cac đăng phải được thiết kế sao cho thích ứng với hai đặc tính trên

1.5.1.3 Phân loại

Cac đăng khác tốc: tốc độ quay của trục chủ động và bị động khác nhau Cac đăng đồng tốc: tốc độ quay của trục chủ động và bị động bằng nhau

1.5.2 Cấu tạo và hoạt động của cac dăng

1.5.2.1 Cấu tạo

Hình 1-8: Sơ đồ cấu tạo trục cac đăng

Gồm có trục chủ động 1 có đầu nạng hình chữ U Đầu nạng có hai lỗ trục lắp với đầu trục chữ thập thông qua hai ổ Trục bị động 2 cũng có đầu nạng và lắp với hai đầu trục còn lại của trục chữ thập

Hình 1-9: Sơ đồ cấu tạo trục chữ thập

1 Khoen chặn 2 Núm bơm mỡ 3 Chén đạn kim 5 Mạch mỡ

6 Cổ bạc 7 Che bụi 8 Bạc kim 9 Chạc chữ thập

1.5.2.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 1-10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động trục cac đăng

Khi hoạt động trục bị động quay không đều, đồng thời bị dao động mạnh so với trục chủ động Sự dao động xảy ra theo chu kỳ dưới hình thức tăng tốc và giảm tốc Cứ mỗi vòng quay, dao động tăng tốc, giảm tốc hai lần Cường độ dao động của trục bị động tùy thuộc vào góc lệch giữa trục chủ động với trục bị động, thông thường cho góc lệch 150

hoặc 300

1.6 CẦU CHỦ ĐỘNG

Cầu chủ động gồm truyền lực chính và vi sai

Hình 1-11: Cấu tạo bộ vi sai

1.6.1 Nhiệm vụ, phân loại

1.6.1.1 Nhiệm vụ

* Nhiệm vụ của truyền lực chính

- Đảm nhận tỷ số truyền lớn, tăng mô men quay cho bánh xe, tạo nên số vòng quay tối ưu cho chuyển động ô tô trong khoảng tốc độ của ô tô yêu cầu

- Tạo nên chiều quay thích hợp giữa bánh xe và HTTL

* Nhiệm vụ của vi sai

- Thực hiện sự sai lệch tốc độ quay các trục bánh xe khi chuyển động trên đường vòng, đường gồ ghề (hai bánh xe quay với tốc độ khác nhau) đảm bảo dễ dàng điều khiển hướng chuyển động và không mài mòn lốp xe

- Hạn chế trượt quay ở bánh xe, khi chênh lệch tốc độ góc giữa các bánh xe trên cùng một cầu, tạo điều kiện tận dụng lực bám và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu

1.6.1.2 Phân loại

* Phân loại cầu chủ động

Phân loại theo hệ thống treo:

- Cầu chủ động trên hệ thống treo phụ thuộc tất cả các cụm của cầu xe, bán trục nằm chung trong một vỏ cứng nối liền giữa hai bánh xe

- Cầu chủ động nằm trên hệ thống treo độc lập cụm truyền lực chính, vi sai nằm trong vỏ riêng liên kết với khung hay vỏ ô tô

Phân loại theo vị trí của cầu:

- Cầu trước chủ động

- Cầu sau chủ động

Phân loại theo số lượng cặp bánh răng truyền lực chính:

- Một cặp bánh răng có tỷ số truyền cố định

- Hai cặp bánh răng có tỷ số truyền cố định

* Phân loại truyền lực chính

- Bánh răng côn xoắn (răng cong), với ba dạng răng: dạng Gleason, dạng Klingelberg, và dạng Spiromatic

- Bánh răng hypoit

* Phân loại vi sai

Phân loại theo cấu trúc bánh răng:

Phân loại theo khả năng điều khiển ma sát trong đối với bộ vi sai

- Điều khiển bằng tay từ ngoài bằng hệ thống cơ khí

- Điều khiển từ ngoài bằng hệ thống điện

- Tự động điều khiển (tự điều khiển bên trong cơ cấu)

1.6.2 Cấu tạo cầu chủ động

Hai bánh xe chủ động liên kết với bánh răng hành tinh qua hai bán trục Bọc

vi sai chứa đựng các bánh răng hành tinh, hộ tinh và quay độc lập trên hai bán trục nhờ các vòng bi tựa bên trong vỏ cầu chủ động Xuyên ngang giữa bọc vi sai là trục

hộ tinh trên đó quay trơn hai bánh răng hộ tinh Hai bánh răng này luôn luôn ăn

khớp với hai bánh răng hành tinh

Hình 1-12: Sơ đồ cấu tạo cầu chủ động

1.6.3 Nguyên lý hoạt động cầu chủ động

Trục truyền dọc cac đăng dẫn động bánh răng hình côn làm quay vành răng

và bọc vi sai Bọc vi sai quay kéo trục hộ tinh quay theo Vì các bánh răng hộ tinh

ăn khớp với hai bánh răng hành tinh nên chúng kéo hai bánh răng hành tinh cùng quay với bọc vi sai

Khi ô tô chuyển động trên đường thẳng, vành răng quay bọc vi sai, cả hai bánh răng hộ tinh lẫn hai bánh răng hành tinh cùng quay theo bọc vi sai mà không

có một sự dịch chuyển nào giữa bốn bánh răng này Trong chế độ truyền động này, tất cả các chi tiết của bộ vi sai cùng quay với nhau như một khối thống nhất

Khi ô tô qua khúc quanh, bọc vi sai vẫn quay mang theo trục và các bánh răng hộ tinh Vì lúc này bánh xe ngoài phải di chuyển một vòng cung dài hơn bánh

xe trong có nghĩa là quay nhanh hơn bánh xe trong nên bánh răng hành tinh ngoài phải quay nhanh hơn bánh răng hành tinh trong Lúc bấy giờ các bánh răng hộ tinh không những chỉ kéo hai bánh hành tinh mà còn vừa kéo vừa “trượt’’ trên bánh răng hành tinh phía trong nhằm điều chỉnh cho bánh này quay chậm hơn bánh răng hành tinh phía ngoài

Chương 2

XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ô TÔ HYBRID VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN HYBRID ĐIỂN HÌNH

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Ô tô hybrid là dòng ô tô sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel,…) với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc-quy cao áp Điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện với cơ chế nạp “thông minh” như khi ô tô phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng Nhờ vậy mà ô tô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết

2.2 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ô TÔ HYBRID Ở THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của ô tô, nhưng đều

có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ô tô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu Mặt khác không những trong tương lai mà hiện nay nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể

HC g/km

0,98 0,71 0,56 0,30

0,025 0,05 0,08

EURO 5

Hình 2-1: Tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm của ô tô

Ngày nay ô tô chạy bằng dầu diezel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường dẫn đến tình trạng ách tắc giao thông gây ra bao nhiêu vụ tai nạn thương tâm cũng như gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi dẫn đến hiệu ứng nhà kính nên nhiệt độ ngày một tăng làm những tảng băng ở Bắc cực, Nam cực cùng những nơi khác tan ra gây ra lũ lụt, sóng thần làm cho thế giới phải lao đao Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô nói riêng và mọi người nói chung Vì thế, ô tô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ô tô ngày nay

Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung là hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid) Xu hướng phát triển ô tô sạch có thể tổng hợp như sau:

2.2.1 Hoàn thiện động cơ diesel

Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệt tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Việc dùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng (dual fuel) cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ diesel

2.2.2 Sử dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế

Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza, có nguồn gốc từ thực vật Do thành phần cacbon(C) trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Tuy nhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồi dào hoặc các loại nhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản xuất công nghiệp

Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethyl ether (DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên Đây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch có thể dùng cho động cơ diesel giống như LPG Thử nghiệm trên ô tô cho thấy, ô tô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV Nếu việc sản xuất DME trên qui mô công nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởng nhất vì khí thiên nhiên công bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đương dầu mỏ

2.2.2.1 Dầu thực vật (Biodiesel)

* Đặc điểm

Dầu thực vật có nguồn gốc từ tất cả các hạt, quả của các cây cối Nhưng từ dầu thực vật dùng để chỉ các loại cây chứa một lượng dầu với chiết suất lớn như dừa (60%), cọ (50%), dầu thực vật cũng có thể sản xuất từ các hạt của cây lấy dầu như: cải dầu, đậu phộng, đậu nành, hạt hướng dương…

* Tính chất

Tính chất lí hóa của một số dầu thực vật tham khảo:

Bảng 2- 1: Một số tính chất cơ bản của các loại dầu thực vật

Loại dầu Khối lượng

(g/cm 3 )

Độ nhớt (cst)

Nhiệt trị (Mj/kg)

Chỉ số êtan

85

77 30-37

73 95-106 58-63 3-6

39,33 37.40 37,10 36,78 36,92 37,30 43,80

38-41

38 40-42 35-40 38-40 36-38 45-50

Biodiesel là nguồn nguyên liệu có thể tái chế, giúp giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ bởi vậy khi sử dụng nó sẽ làm giảm lượng khí thải, vì biodiesel chỉ chứa chưa đến 15 phần triệu sunfua, ngoài ra lượng khí thải hydrocacbon và

cacbonmonooxit(CO) sẽ giảm tỷ lệ thuận với tỷ lệ biodiesel Một trong những ưu điểm lớn nhất của của việc sử dụng biodiesel thể hiện ngay ở động cơ

Biodiesel oxy hóa nhanh do đặc điểm thành phần hóa học Do đó, khó có thể tích trữ loại nhiên liệu này lâu, cần phải có thêm các chất phụ gia để lưu giữ nhiên liệu được lâu hơn và Biodiesel nguyên chất dễ bị đóng băng hay đặc lại trong thời tiết lạnh (Ở Việt Nam dùng biodiesel có lẽ sẽ không gặp tình trạng này)

Ngoài ra, việc sử dụng nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây các vấn đề sau: ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình chứa nhiên liệu do tính dễ bị oxy hóa của biodiesel; làm hư hại nhanh các vòng đệm cao su do

sự không tương thích của biodiesel với chất liệu làm vòng đệm Ngày nay, việc sản xuất biodiesel còn gặp nhiều khó khăn do giá thành các sản phẩm nông nghiệp chế biến biodiesel cao, không lợi về mặt kinh tế

* Tính chất

Metanol có tính ăn mòn cao, nó ăn mòn nhôm, hợp kim, nhựa và các vật liệu khác, Để ngăn chặn hư hỏng, các bộ phận hệ thống nhiên liệu phải làm bằng thép không gỉ hoặc các kim loại khác để chống sự ăn mòn này

Metanol không dễ dàng bay hơi như xăng Việc thêm 1 số xăng làm cho sự bốc hơi khởi động lạnh dễ dàng hơn và cải thiện sự ấm lên của động cơ Một hỗn hợp tiêu biểu được gọi là M85 gồm 85% metanol và 15% xăng Việc thêm xăng vào cũng làm cho hỗn hợp an toàn hơn vì xăng bay hơi dễ dàng hơn Metanol tinh khiết đốt cháy bằng 1 ngọn lửa vô hình Việc thêm xăng vào, làm cho ngọn lửa có màu Điều này quan trọng trong trường hợp hoả hoạn

Một sự bất tiện khác là metanol hút nước Sử dụng metanol có thể chế tạo từ than, dầu đá phiến, gỗ, phân bón, rác và các chất hữu cơ khác Nó được sử dụng trong nhiều năm như là nhiên liệu cho các ô tô đua Metanol là nhiên liệu lỏng có thể chứa đựng dễ dàng và sạch duy nhất mà chúng ta biết cách chế tạo từ than

2.2.2.3 Ethanol

* Đặc điểm

Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như ngô, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn … Ethanol còn được sản xuất

từ các loại cây cỏ có chứa cellulose Nếu pha ethanol vào xăng, tùy theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm lượng xăng khoảng 10-15% mà công suất, hiệu suất, độ mài mòn động cơ hầu như không đổi

Xu hướng cồn hiện nay là pha với xăng, tỷ lệ khoảng 5-10%, nếu có hơn 10% etanol được thêm vào xăng thì hệ thống nhiên liệu phải được điều chỉnh để cung cấp nhiên liệu giàu hơn Đồng đẳng của etanol yêu cầu tỷ lệ khí hỗn hợp là 9:1, trong khí đó tỷ lệ khí lý tưởng cho xăng là 14,7:1

Khi sử dụng Methanol sẽ mang lại nhều ưu điểm về nức độ gây ô nhiễm của cồn thấp, đặc biệt là hàm lượng muội than, SOx giảm đáng kể so với nhiên liệu dầu

mỏ do cồn chứa ít lưu huỳnh, nó đồng chất hơn xăng, quá trình cháy ít mãnh liệt hơn và ít bay hơi hơn xăng Ngoài ra cồn còn được pha với xăng nồng độ 5% tạo hỗn hợp xăng pha cồn có nhiều ưu điểm: tiêu thụ nhiên liệu giảm: cụ thể với xăng pha 5% cồn, tiết kiệm được khoảng 5% nhiên liệu, công suất động cơ có cải thiện, nhìn chung lượng khí thải độc giảm nhiều và khả năng tăng tốc ô tô tốt hơn

Nhưng nó vẫn có nhiều nhược điểm do cồn có chứa lượng tạp chất nhất định, trong đó có axit axetic, andehic… Axit axetic trong cồn làm ăn mòn da, đặc biệt là

ăn mòn kim loại màu rất mạnh Và so với xăng thì sử dụng nhiên liệu cồn tiêu tốn hơn nhiều, 1,5 lít cồn tương đương với 1 lít xăng Dẫn đến giá thành sử dụng hiện nay của cồn cao hơn xăng và diesel, đồng thời ô tô khó khởi động khi trời lạnh do nhiệt hóa hơi của cồn cao

tô cần những thiết bị cồng kềnh hơn nhiên liệu truyền thống nhưng nó cho phép giảm mức độ phát ô nhiễm

* Tính chất

LPG bay hơi ở nhiệt độ và áp suất bình thường Với lý do này, LPG được giữ trong những bình thép áp lực Để cho phép dãn nở của chất lỏng, những bình nay không được làm đầy hoàn toàn mà chúng được làm đầy vào khoảng 80% đến 85% thể tích của chúng Tỷ số giữa thể tích khí bay hơi và khí lỏng phụ thuộc vào thành phần cấu tạo, nhiệt độ và áp suất Tuy nhiên nó vào khoảng 250:1 Áp suất bay hơi

ở nhiệt độ 30oC của propan thương mại là từ 1 đến 1,2 MPa, của butan thương mại

là 0,2 đến 0,4 Mpa

Hiện nay nhiều nước, nhiều khu vực trên thế giới xem việc sử dụng LPG trên

ô tô chạy trong thành phố là giải pháp bảo vệ môi trường không khí hữu hiệu Các hãng sản xuất ô tô như Citroen, Deawoo, Fiat, Ford, Hyundai, Opel/Vauxhall, Peugoet, Renault, Saab, Toyota và Volvo đã có những mẫu ô tô chạy hai nhiên liệu

là LPG và xăng Ở đó, xăng và LPG có thể dùng thay phiên nhau Người ta dự báo lượng LPG tiêu thụ cho giao thông vận tải sẽ gia tăng trong những năm tới do số lượng ô tô sử dụng nguồn năng lượng này gia tăng

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng để chạy ô tô Ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn có lợi thế về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ô tô chạy bằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: Sử dụng duy nhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời diesel và LPG (dual fuel)

Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng bộ chế hòa khí kiểu Venturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp Những hệ thống phun mới đang được nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trong buồng cháy để tăng tính năng công tác của loại động cơ này Cũng như các loại nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG trên ô tô là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù áp suất hóa lỏng của LPG thấp hơn rất nhiều so với khí thiên nhiên hay các loại khí khác Các loại bình chứa nhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật liệu và công nghệ mới

2.2.3.2 Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas)

* Đặc điểm

Khí thiên nhiên là khí được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong tự nhiên.Thành phần chủ yếu: Metan (CH4) chiếm khoảng 80-90% tùy thuộc vào nguồn khai thác, còn lại là các hidrocacbon khác như Etan, propan…

Khí thiên nhiên nén (CNG): Khí thiên nhiên được nén ở áp suất cao, các áp suất thường sử dụng là 165,5 bar (2400 psi), 206,9 bar (3000 psi), 248,2 bar (3600 psi) chứa trong các bình chứa cao áp mắc song song Cùng một năng lượng như nhau, khí thiên nhiên hóa lỏng LNG có thể tích và khối lượng bình chứa nhỏ hơn khi nó ở dạng khí CNG (thường tỷ lệ 1:3 đối với thể tích và 1:3,7 với khối lượng)

CNG có thể sử dụng trên động cơ đốt trong (ĐCĐT) thay cho nhiên liệu xăng và diesel, có thể sử dụng độc lập hay hỗn hợp đa nhiên liệu trên ĐCĐT Trong thực tế, các động cơ đốt trong hiện nay đều được thiết kế sử dụng nhiên liệu xăng hay diesel, do đó việc sử dụng nhiên liệu CNG cho ĐCĐT thì không phù hợp

* Đặc điểm chuyển đổi động cơ dùng CNG

Động cơ diesel chuyển sang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu khí thiên nhiên

và diesel: đốt cháy hỗn hợp bằng sự tự cháy của lượng nhiên liệu diesel phun mồi (từ 5% đến 25% lượng nhiên liệu định mức)

CNG có nhiệt trị cao (50,5 MJ/kg), áp suất nén cao (200kG/cm2) nên bình chứa gọn, quãng đường chạy một lần nạp nhiên liệu lớn Tỷ trọng của CH4 nhỏ bằng ½ không khí Do đó, khi bị xì hơi CH4, không đọng lại trên mặt đất mà sẽ bay trong không khí

Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về năng lượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trường trong thành phố Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô tô Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên

đã được cải thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố bằng sợi carbon

2.2.4 Ô tô chạy bằng điện

Ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môi trường không khí trong thành phố Nhưng ô tô chạy bằng năng lượng điện gặp phải khó khăn vấn đề cung cấp điện năng, nếu như tất cả các loại ô tô đều chạy bằng điện thì ít hay nhiều còn phụ thuộc loại nhiên liệu dùng trong sản xuất điện năng So với nhiên liệu truyền thống, mức độ có lợi tính theo C02 tương đương trên 1Km lên 90% đối với điện sản xuất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản xuất điện bằng nhiên liệu và gần như không có lợi gì khi sản xuất bằng than

Sự phát triển hằng năm của ô tô điện đến năm 2010 ở 3 khu vực: Mỹ, Châu Âu, Nhật Người ta ước tinh khoảng chừng 2 triệu ô tô được sản suất hằng năm ở 3 khu vực trên Tuy thị trường ô tô có giá trị tuyệt đối đáng kể nhưng thị phần chỉ chiếm 1

tỷ lệ khá thấp (khoảng 3%) so với ô tô sử dụng nhiên liệu truyền thống

Về mặt kỹ thuật thì ô tô chạy bằng điện có hai nhược điểm quan trọng đó là năng lượng dữ trữ thấp (Khoảng 100 lần so với ô tô dùng động cơ nhiệt truyền thống) và giá thành ban đầu cao hơn (30-40% cao hơn so với ô tô dùng động cơ nhiệt) Những chướng ngại khác cần được giải quyết để đưa ô tô chạy điện vào ứng dụng thực tế một cách đại trà là khả năng gia tốc, thời gian nạp điện, vấn đề sưởi và điều hòa không khí trong ô tô Những tiến bộ gần đây về tính năng kỹ thuật của

bình điện có nhiều hứa hẹn sẽ ứng dụng nhiều hơn trong những năm tới Khả năng chứa điện tăng từ 35-50Wh/kg đối với bình điện chì-axit hay Nikel-Cadium tăng đến 70Wh/kg đối với bình điện Ni-MH (hydure kim loại) và tăng 160 Wh/kg đối

với bình Lithium dạng ion

Về phương diện ô nhiễm ô tô chạy bằng điện rất lý tưởng về mức độ gây

tiếng ồn, cũng như không phát sinh chất gây ô nhiễm

Về phương diện phát sinh chất khí gây hiệu ứng nhà kính, ô tô điện đương

nhiên có lợi thế hơn các ô tô sử dụng động cơ nhiệt Tuy nhiên lợi thế này phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng trong sản suất điện năng So với nhiên liệu truyền thống, mức độ có lợi (tính theo CO2 trên 1 km) lên khoảng 90% đối với điện sản

suất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản suất điện bằng nhiên liệu và gần như không có lợi gì khi sản suất điện bằng than

Về mặt xã hội ô tô chạy điện trong giai đoạn đầu sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề tâm lý xã hội Thật vậy, sự hạn chế tính năng kỹ thuật cũng như bán kính hoạt động của ô tô, trở ngại trong vấn đề nạp điện, khả năng sử dụng các dịch

vụ tự phục vụ sẽ góp phần làm thay đổi thói quen của người dùng và dần dần làm thay đổi cách sống Mặt khác khi chuyển ô tô chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang ô tô chạy bằng điện hoàn toàn sẽ gây ra chở ngại về mặt bố trí các trạm nạp điện cho ăcquy Tuy nhiên những lợi ích mà ô tô chạy bằng điện mang lại cho xã hội là không nhỏ Vì vậy ô tô chạy bằng điện chắc chắn vấn là sự lựa chọn số một của nhân loại vào những năm tới của thế kỷ 21 mà sự phát triển của nó đi theo những sự cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng về công nghệ nhưng hiện tại

sự phát triển của ô tô này cũng không cho phép giải quyết một cách nhanh chóng vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị vì không thể xây dựng toàn bộ cơ cấu hạ tầng cơ

sở phục vụ trong một thời gian ngắn

Hiện tại ô tô dùng năng lượng mặt trời chưa được sử dụng phổ biến và nhưng

nó đang được chú trọng nghiên cứu đối với các nhà nghiên cứu Năng lượng mặt trời được sử dụng dưới dạng năng lượng điện thông qua các bộ chuyển đổi như các pin quang áp, bộ chuyển đổi nhiệt điện mặt trời, bộ chuyển đổi quang, quy trình quang sinh học Với việc không gây ra chất khí gây ô nhiễm, năng lượng mặt trời được xem là năng lượng lí tưởng cho việc sử dụng các thiết bị, phương tiện giao thông trong tương lai

2.2.5 Ô tô sử dụng pin nhiên liệu (Fuel-cell)

Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ô tô trong tương lai là pile nhiên liệu Pile nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực

tiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện năng

Pin nhiên liệu hoạt động giống như pin thông thường: Khí H2 thổi vào pin,

khi đó khí H kết hợp với khí O2 tạo ra H2O, quá trình này sinh ra dòng điện Chất

thải duy nhất là hơi nước sạch

Phản ứng hoá học xảy ra như sau: 2 H2 + O2= 2H2O

Năng lượng mà mỗi pin nhiên liệu này tạo ra phù thuộc vào luồng khí cung

cấp bao gồm khí hydro và oxy Mỗi tế bào tạo ra dòng điện 1 chiều từ 0,6→0,8V

Do đó người ta kết hợp nhiều fuel cell lai với nhau tạo nguồn năng lượng

cung cấp cho ô tô hoạt động Khí H2 có thể sản suất từ các mỏ khí thiên nhiên hoặc

cũng có thể điện ly nước thành khí H2 và O2 Khí H2 được hóa lỏng và làm lạnh ở

nhiệt độ thấp Sau đó được vận chuyển đến các trạm bơm Tại đây ô tô bus sẽ nạp khí vào các xylanh áp suất đặt ở mỗi ô tô

Ưu thế nổi bật của hydro là khi cháy trong động cơ chỉ phát thải NOx Chỉ có

một lượng rất nhỏ CO và HC trong khí xả là do sự cháy của dầu bôi trơn Trong

thành phần khí xả chỉ có hơi nước là sản phẩm cháy chính, không có CO2, bồ hóng,

SO2, chì, benzen, aldehyte và các chất gây hiệu ứng nhà kính khác Nguồn sản xuất hydro lại dồi dào và có khả năng tái tạo được: đó là nước Khi tách hydro trong nước, sản phẩm thứ 2 là oxy- một chất cần thiết cho công nghiệp, y học và đặc

biệt là rất cần thiết đối với các sinh vật trên trái đất này

Pile nhiên liệu trước đây chỉ được nghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhưng ngày nay pile nhiên liệu đã bước vào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ô tô Do không có quá trình cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pile nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nước Ô tô chạy bằng pile nhiên liệu không nạp điện mà chỉ nạp nhiên liệu hydrogen.Vì vậy, có thể nói ô tô hoạt động bằng pile nhiên liệu là ô tô sạch tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm trong khí xả

Tuy nhiên, khi sử dụng nhiên liệu khí hydro cũng gặp 2 khó khăn lớn đó là sản xuất hydro và chứa hydro trong bình dự trữ trên ô tô Việc tách hydro từ nước đòi hỏi tốn nhiều năng lượng, bởi vì liên kết O-H trong phân tử nước là liên kết

cộng hoá trị rất bền vững Vì vậy khó khăn liên quan đến lưu trữ hydro dưới áp suất cao Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro ngay trên ô tô để sử dụng cho pile nhiên liệu nhưng hệ thống như vậy rất cồng kềnh và phức tạp

Tuy nhiên ngày nay người ta đã thành công trong chế tạo các loại pile nhiên liệu có hiệu suất cao và giá thành phù hợp nhưng việc áp dụng phương án này trên ô

tô vẫn còn xa so với hiện thực vì so với các phương án làm giảm ô nhiễm khác, pile nhiên liệu chạy ô tô vẫn còn là loại nhiên liệu "xa xỉ" và "cao cấp" Ngày nay người

ta thấy rằng nếu sử dụng pile nhiên liệu để chạy ô tô thì giá thành đắt hơn chạy bằng diesel khoảng 30% Vì vậy với trình độ khoa học kỹ thuật của nước ta hiện nay, khả

năng ứng dụng nhiên liệu khí hydro trong giao thông là rất khó

2.2.6 Ô tô hybrid (ô tô lai)

Ô tô hybrid được nghiên cứu từ những năm 1990, đến năm 1997 chiếc ô tô hybrid đầu tiên Toyota Prius ra đời tại Nhật Bản, từ đó đến nay ô tô hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường Trong thời gian gần đây, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu trên thế giới như Toyota, Honda, Ford đã tung ra thị trường những thế hệ ô tô mới có hiệu suất cao

và giảm đáng kể lượng chất thải gây ô nhiểm môi trường được gọi là ô tô Hybrid Những chiếc ô tô petrol-electric hybrid chạy bằng sự kết hợp giữa một động

cơ xăng truyền thống và một mô-tơ điện được điều khiển bằng một thiết bị chứa năng lượng như một bộ pin Ở những điều kiện đơn giản, chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc: một mô-tơ điện cung cấp năng lượng ở tốc độ thấp như khi lái

ô tô trong thành thị, và chuyển sang dùng xăng khi lái ở những vận tốc cao hơn Các công nghệ hybrid cải thiện hiệu quả nhiên liệu và vì thế tiết kiệm nhiên liệu đáng kể so với một chiếc ô tô chạy bằng xăng thông thường, cũng như thải ra ít

carbon hơn

Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ô tô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ô tô trên thế giới Ngày càng có nhiều mẫu ô tô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ô tô này Có thể nói, công nghệ lai là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái (the ultimate eco-car)

2.3 CÁC PHƯƠNG ÁN PHỐI HỢP CÔNG SUẤT HYBRID

2.3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất

2.3.1.2 Phối hợp khi cần công suất cao

Motor điện hỗ trợ động cơ xăng chỉ khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như trong quá trình tăng tốc nhanh từ điểm dừng, khi leo dốc hoặc vượt qua ô

tô khác, còn trong điều kiện bình thường ô tô vẫn chạy bằng động cơ xăng Do đó, những chiếc hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi đi trên đường cao tốc vì đó

là khi động cơ xăng ít bị gánh nặng nhất Điển hình là Honda Civic Hybrid và Honda Insight thuộc loại thứ hai

Cả hai loại này đều lấy công suất từ ắc-quy khi motor điện được sử dụng và đương nhiên nó sẽ làm yếu công suất của ắc-quy Tuy nhiên, một chiếc ô tô hybrid

không cần phải cắm vào một nguồn điện để sạc bởi vì nó có khả năng tự sạc

2.3.2 Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện

2.3.2.1 Kiểu nối tiếp

Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc-quy hoặc cung cấp cho động cơ điện

Hình 2-2: Hệ thống hybrid nối tiếp

Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp ắc-quy và một sẽ dùng chạy động cơ điện Động cơ điện ở đây còn có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi ô tô xuống dốc và thực hiện quá trình phanh

Hình 2-3: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp

* Ưu điểm

Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên giảm được

ô nhiễm môi trường, động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ô tô Mặt khác động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu ô tô chạy đường dài quá quãng đường đã quy định dùng cho ăcquy Sơ đồ này có thể không cần hộp số

* Nhược điểm

Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như: Kích thước

và dung tích ắc-quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song, động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy nên dễ bị quá tải

2.3.2.2 Kiểu song song

Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song Cả động cơ nhiệt

và motor điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo các điều kiện hoạt động khác nhau Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền moment chính còn motor điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc

Hình 2-4: Hệ thống hybrid song song

Kiểu này không cần dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tính năng giao hoán lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc-quy trong các chế độ hoạt động bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian, nó có thể khởi

động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc-quy

Hình 2-5: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song