Đánh giá tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số vô cấp CVT so với ô tô sử dụng hộp số thông thường

Xuất phát từ những lý do trên, tác giả chọn đề tài “Đánh giá tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp sốvô cấp CVT so với ô tô sử dụng hộp số thông thường” làm đề tài nghiên cứu của mình

khoa vào ngày 20 tháng 10 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

 Thư viện Khoa Cơ khí giao thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG

TS NGUYỄN VĂN PHỤNG

tố được các nhà sản xuất ô tô quan tâm hàng đầu Trang bị hộp số trên xe cũng được các nhà sản xuất ô tô hay các hãng xe luôn luôn đổi mới và phát triển nhằm mục đích không chỉ đem lại tính năng dễ thao tác, điều khiển đơn giản, mà còn hướng đích vào việc giảm tiêu hao nhiên liệu và làm giảm lượng phát xạ các chất ô nhiễm ra môi trường

Xuất phát từ những lý do trên, tác giả chọn đề tài “Đánh giá tiêu

hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp sốvô cấp CVT so với ô tô sử dụng hộp số thông thường” làm đề tài nghiên cứu của mình với

mong muốn được tìm hiểu, khảo sát các tính năng hộp số vô cấp

CVT

II Mục tiêu nghiên cứu

So sánh mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô trang bị hộp số vô cấp CVT với ô tô trang bị hộp số cơ khí MT, qua đó:

- Khẳng định tính ưu việt của ô tô trang bị hộp số vô cấp CVT so với ô tô trang bị hộp số cơ khí

- Định hướng người người tiêu dùng

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là xe TOYOTA VIOS E NSP151L-BEMKU (trang bị hộp số vô cấp CVT) và xe TOYOTA VIOS E NSP151L-EEXRKU (trang bị hộp số cơ khí MT)

 Phạm vi nghiên cứu

- Tốc độ chuyển động của ô tô

- Chế độ chuyển động ổn định của ô tô (vận hành ô tô với vận tốc không đổi) và chế độ quá độ của ô tô (vận hành có gia tốc)

IV Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp, là sự kết hợp của phương pháp lý thuyết đồng thời sử dụng phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp lý thuyết: Tính toán mô phỏng, phân tích và đánh giá lý thuyết

- Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu của xe thử nghiệm trên đường thực tế

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Khẳng định tính ưu việt của ô tô trang bị hộp số vô cấp CVT so với ô tô trang bị hộp số cơ khí MT Ô tô trang bị hộp số vô cấp CVT

là hộp số điều khiển tự động hóa có tính năng thao tác đơn giản, dễ điều khiển mang lại tính tiện nghi cho người sử dụng Bên cạnh đó góp phần giảm tiêu hao nhiên liệu và làm giảm lượng phát xạ các chất ô nhiễm ra môi trường Qua đó định hướng người tiêu dùng nhìn nhận một cách khách quan về mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô trang

bị hộp số tự động nói chung và ô tô trang bị hộp số vô cấp CVT nói riêng Nhờ vậy, làm thay đổi tư duy người tiêu dùng vẫn quan niệm

rằng “ hộp số tự động tiêu tốn nhiên liệu nhiều hơn so với hộp số

cơ khí ” Do vậy, đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

VI Dự kiến kết quả đạt được

So sánh mức tiêu hao nhiên liệu khi chuyển động trên các loại đường khác nhau của ô tô trang bị hộp số vô cấp CVT với ô tô sử dụng hộp số cơ khí thông thường

VII Nội dung nghiên cứu và cấu trúc luận văn

CHƯƠNG V KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Ô TÔ 1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO CÁC PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG GÂY RA

1.1.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu hóa thạch và vấn đề cạn kiệt dầu mỏ

Hình 1 1 Dàn khoan khai thác dầu tại mỏ Bạch Hổ, TP Vũng Tàu

Hình 1 2 Dự báo nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm xăng dầu tại Việt Nam đến năm 2020, và tầm nhìn đến năm 2050

Hình 1 3 Phát thải các bon-đioxit theo loại nhiên liệu hóathạch

1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông

gây ra

Hình 1 4 Hình thành khí thải trên ô tô sử dụng động cơ đốt trong

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HIỆU QUẢ VÀ TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU CHO Ô TÔ TRÊN THẾ GIỚI 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu ô tô

1.2.2 Tình hình nghiên cứu về công nghệ hộp số vô cấp CVT 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU CHO Ô TÔ Ở VIỆT NAM

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Kết quả nghiên cứu tổng quan cho thấy, trên thế giới cũng như Việt nam, vấn đề tiêu hao nhiên liệu cho động cơ đốt trong nói riêng

và ô tô nói chung là rất được quan tâm nghiên cứu

Nhiều giải pháp được đưa ra nhằm tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô trong tình hình nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt; qua đó cũng cho phép góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do các phương tiện vận tải gây ra nhờ sử dụng hạn chế nhiên liệu hóa thạch vốn gây ô nhiễm môi trường

Các giải pháp về công nghệ ô tô không truyền thống [2-6], [12] nhằm hạn chế mức độ sử dụng nhiên liệu hóa thạch mà thay vào đó

sử dụng thêm năng lượng điện như: ô tô điện, ô tô Hybrid (vừa sử

dụng nhiên liệu truyền thống vừa sử dụng năng lượng điện) đã được

nghiên cứu phát triển bước đầu khá thành công theo tiêu chí tiết kiệm nhiên liệu và góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải gây ra.CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Ô TÔ

2.1 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Ô TÔ 2.1.1 Phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô

Qnl = ( )

(2 1) Phương trình (2.10) được gọi là phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô, nó đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô trong trường

hợp tổng quát Khi ô tô chuyển động ổn định (chuyển động đều,

không có gia tốc) và chuyển động trên đường nằm ngang (độ dốc i = 0), thì ta có phương trình tiêu hao nhiên liệu của ô tô được viết như

sau:

Qnl = ( )

(2 2)

2.1.2 Đừơng đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ô tô khi chuyển động ổn định

Hình 2 1 Đồ thị đặc tính tải của động cơ đốt trong

Hình 2 2 Bản đồ biểu diễn suất tiêu hao nhiên liệu động cơ

2.1.3 Tính kinh tế nhiên liệu của ô tô khi chuyển động không ổn định

2.1.3.1 Lượng tiêu hao nhiên liệu trong quá trình tăng tốc của ô

2.2.3 Ảnh hưởng của hộp số cơ khí đến tiêu hao nhiên liệu ô tô

Hình 2 6 Sơ đồ nguyên lý hộp số điều khiển cơ khí MT

Hình 2 7 Tổn thất công suất trên hộp số MT khi chuyển số

Hình 2 8 Đồ thị phân tích các trạng thái làm việc của ly hợp

ma sát

2.2.4 Ảnh hưởng của hộp số vô cấp đến tiêu hao nhiên liệu ô tô

2.2.4.1 Giới thiệu chung về hộp số tự động AT nói chung và hộp

số vô cấp CVT nói riêng

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động AT kiểu cơ cấu hành

Hình 2.14 Đồ thị so sánh quan hệ tốc độ của xe với tốc độ động

cơ trên xe sử dụng hộp số vô cấp CVT và hộp số AT

Hình 2.15 Đồ thị quan hệ tốc độ cơ và độ mở bướm ga

Hình 2.16 Giản đồ mức tiêu hao nhiên liệu tối ưu và cắt nhiên liệu khi giảm tốc

2.3 HỘP SỐ VÔ CẤP CVT TRÊN XE KHẢO SÁT

2.3.1 Nguyên lý làm việc hộp số vô cấp CVT-K111F trên xe Toyota Vios E

Hình 2.18 Sơ đồ kết cấu các bánh đai của hộp số CVT-K111F

2.3.4 Hệ thống điều khiển điện- thuỷ lực

Hình 2.22 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thủy lực trên hộp

số vô cấp CVT-K111F

CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM ĐO TIÊU HAO NHIÊN LIỆU

Ô TÔ

Chương này sẽ trình bày nội dung nghiên cứu thực nghiệm xác định tiêu hao nhiên liệu của ô tô – nội dung chính của luận văn Việc tiến hành thực nghiệm để so sánh mức tiêu hao nhiên liệu ô tô

sử dụng hộp số vô cấp kiểu CVT với hộp số cơ khí thông thường MT

được thực hiện chủ yếu trên hiện trường

3.1 GIỚI THIỆU TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

3.1.1 Thiết bị chẩn đoán đa năng OBD Link

3.1.1.1 Thiết bị chẩn đoán đa năng truyền dẫn không dây OBD Link-Wifi

a) kết nối thiết bị với xe - b) Màn hình dao diện ban đầu - c) dao diện màn hình khi đo

Hình 3.2 Dao diện màn hình thiết bị chẩn đoán OBD Link Wifi

3.1.1.2 Thiết bị chẩn đoán đa năng truyền dẫn bằng dây cáp OBD Link – USB

3.1.2 Vấn đề lưu trữ dữ liệu từ OBD Link

3.1.3 Xe thử nghiệm

Hình 3 5 Xe thực nghiệm TOYOTA VIOS E

Thông số kỹ thuật của xe TOYOTA VIOS được thể hiện như Bảng 3 1

Bảng 3 1 Thông số kỹ thuật chính của 02 xe TOYOTA XX thử ngiệm

Thông số TOYOTA VIOS

MT

TOYOTA VIOS CVT Kích thước tổng thể (D x R

lanh

Hệ thống nhiên

Công suất cực

Mô men xoắn

Hệ thống truyền lực Cơ khí MT- 5 cấp Vô cấp CVT

Hệ thống treo trước/ sau Độc lập/phụ thuộc

Hệ

thống

phanh

Dẫn động Thủy lực trợ lực chân không

Cơ cấu phanh Đĩa/tang trống Đĩa/đĩa

3.2.1 Các phương pháp thử nghiệm chạy xe

Có ba phương pháp thực nghiệm cơ bản để tiến hành thực nghiệm xác định mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô, bao gồm:

- Thực nghiệm mô phỏng trên băng thử

- Thực nghiệm chạy xe trên đường thử nghiệm

- Thực nghiệm chạy xe trên đường thực tế

3.2.2 Quy trình chạy xe thử nghiệm trên đường thực tế

3.2.3 Điều kiện thực nghiệm chạy xe trên đường thực tế

3.3.1 Nội dung thử nghiệm

Như mục tiêu của đề tài đã nêu ra là xác định tiêu hao nhiên liệu cho ô tô sử dụng hộp số tự động với các điều kiện vận hành khác nhau

Với mục tiêu đó và với phạm vi nghiên cứu của đề tài luận văn thạc sỹ, nội dung

tay

3.3.2 Quy trình vận hành thử nghiệm xe Toyota Vios trên đường

Để tiến hành thí nghiệm với các nội dung nêu trên, các chế

độ vận hành sẽ được thực hiện trên các lộ trình đã nêu như sau:

3.3.2.1 Chạy xe theo lộ trình I

Lần lượt vận hành thử nghiệm xe chạy trên đường với các giá trị tốc độ không đổi; bao gồm: 20-30-40-50-60-70-80-90 [km/h] Mỗi dải tốc độ hằng số được thực hiện tối thiểu trong thời gian 240[s] và tiến hành trong 4 lượt; chọn lần chạy tốt nhất để phân tích đánh giá

3.3.2.2 Chạy xe theo lộ trình II

Lộ trình xe chạy nội đô, loại đường có dãi phân cách cứng, mỗi bên có tối thiểu 02 làn dành cho xe ô tô, tốc độ lớn nhất cho phép

Vmax = 60[km/h] nhiều ngã tư và có hệ thống đèn tín hiệu, có nhiều

phương tiện đi lại: Chạy xe vào giờ cao điểm Mỗi lần đạt tốc độ 60 [km/h] thì dữ liệu được ghi lại; quy trình được lặp lại 4 lượt chạy 3.3.2.3 Chạy xe theo lộ trình III

Lộ trình chạy xe chuyển tiếp từ nội đô ra ngoại ô Chạy xe vào giờ vắng các phương tiện đi lại trên đường nhằm thực hiện chế độ gia tốc nhanh để chuyển chế độ tốc độ hạn chế từ nội đô 50 [km/h] hoặc 60 [km/h] sang tốc độ cao từ 80 [km/h] đến 90 [km/h] ở ngoại

ô

Lộ trình chạy xe trên đèo dốc Lộ trình này được thực hiện hai

lượt chạy: Chạy lượt đi và ngược lại chạy lượt về

2) Thiết bị OBDLink Wifi dùng để đo các đại lượng nghiên cứu thực nghiệm thuộc thế hệ mới của công nghệ 4.0, nên kết quả nhận được từ việc thử nghiệm xe trên đường là chính xác và tin cậy

3) Dữ liệu nhận được bởi thiết bị OBDLink Wifi có tính tức thời theo thời gian thực, nên việc xử lý số liệu trở nên đơn giản, không mất nhiều thời gian Các kết quả thực nghiệm ứng với các chế

độ vận hành được thể hiện trên các hình từ Error! Reference source not found đến Error! Reference source not found

Trên đây là những kết quả đáng tin cậy làm cơ sở cho việc nghiên cứu phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm được trình bày trong chương

4 tiếp theo

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Với kết quả thử nghiệm có được như trên chương 3, luận văn

tiếp tục thực hiện phân tích xử lý kết quả Qua đó, có thể đánh giá

bàn luận về mức tiêu hao nhiên nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số vô

cấp CVT so với hộp số có khí thông thường MT

4.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ THỰC NGHIỆM

4.1.1 Phương pháp xử lý dữ liệu tức thời

Hình 4.1 Diễn biến các đại lượng Q nl , S, Q tb theo thời gian t(s)

đường S[m] tương ứng với khoảng thời gian đã vận hành sẽ

Bảng 4 1 Kết quả xử lý mức tiêu hao nhiên liệu ô tô ở tốc độ xe

hằng số của xe Toyota Vios E CV.T

+ Tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất: Qnlmin = 03,56[lít/100km]

Hình 4.2 Diễn biến mức tiêu hao nhiên liệu Qnl theo tốc độ

hằng số của xe Toyota Vios E CVT

Bảng 4 2 Kết quả xử lý mức tiêu hao nhiên liệu ô tô ở tốc độ xe

hằng số của xe Toyota Vios E MT

V [km/h] 90 80 70 60 50 40 30

Qtb[lít/10

0k] 5.07 4.74 4.28 3.96 4.10 5.09 5.90

+ Tốc độ vận hành tối ƣu: Vt/ƣu = 61,50km/h]

+ Tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất: Qnlmin = 04,24[lít/100km]

Hình 4 3 Diễn biến mức tiêu hao nhiên liệu Qnl theo tốc độ

hằng số của xe Toyota Vios E MT

4.2.2 Mức tiêu hao nhiên liệu ô tô khi vận hành xe có gia tốc

4.2.2.1 Tiêu hao nhiên liệu xe khi vận hành xe có gia tốc trong nội

đô

Hình 4 4 Diễn biến mức tiêu hao nhiên liệu Q khi vận hành xe

Toyota Vios E CVT ở nội đô

Kết quả cho thấy, khi chạy trong nội đô có đường phân cách cứng, mỗi bên hai làn xe, với tốc độ max không quá 60[km/h] ta có:

+ Tốc độ lớn nhất: Vmax = 25 [km/h]

+ Tốc độ trung bình: V_tb = 13,33[km/h]

+ Tiêu hao nhiên liệu trung bình: Q_tb= 10,74 [lít/100km]

Hình 4.5 Diễn biến mức tiêu hao nhiên liệu Q khi vận hành xe

Toyota Vios E MT ở nội đô

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

+ Tốc độ lớn nhất: Vmax = 29 [km/h] + Tốc độ trung bình: V_tb = 13 [km/h] + Tiêu hao nhiên liệu trung bình: Q_tb = 12,38 [lít/100km]

4.2.2.2 Mức tiêu hao nhiên liệu xe khi vận hành xe có gai tốc qua đèo

Hình 4 8 Diễn biến mức tiêu hao nhiên liệu Q khi vận hành xe

Toyota Vios E CVT qua đèo dốc Phước Tượng

Kết quả cho thấy, khi chạy xe trên đèo dốc, tốc độ max không quá 55[km/h] ta có:

+ Tốc độ lớn nhất: Vmax = 55 [km/h]

+ Tốc độ trung bình: V_tb = 38,67 [km/h]

+ Tiêu hao nhiên liệu trung bình: Q_tb = 9,61[lít/100km]

Hình 4 9 Diễn biến mức tiêu hao nhiên liệu Q khi vận hành xe

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Toyota Vios E MT qua đèo dốc Phước Tượng

Kết quả cho thấy, khi chạy xe trên đèo dốc, tốc độ max không quá 55[km/h] ta có:

tiêu hao nhiên liệu đối với ô tô sử dụng hộp số vô cấp CVT so với hộp số cơ khí thông thường

Kết quả nhận được từ đề tài nghiên cứu của luận văn khá phù hợp với công bố của các nhà sản xuất hộp số tự động

Ngoài ra, đề tải cũng chỉ ra các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu ô tô sử dụng hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực; đặc biệt là khi vận hành trong nội đô cũng như đi trên đường đèo dốc Đây là những căn cứ khoa học bước đầu để luận văn có thể đi đến những kết luận sau cùng

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

KẾT LUẬN

Đề tài “Đánh giá tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số

vô cấp CVT so với ô tô sử dụng hộp số thông thường” Trên cơ sở

nghiên cứu lý thuyết và qua phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm

của hai xe thử nghiệm là xe TOYOTA VIOS E NSP151L-BEMKU (CVT) và xe TOYOTA VIOS E NSP151L-EEXRKU (MT), với

điều kiện vận hành và giả thiết hành vi lái xe tương đồng nhau luận văn cho thấy một số kết luận như sau:

 Chế độ chuyển động ổn định của ô tô (vận hành tốc độ không đổi)

Khi vận hành với tốc độ không đổi (từ 30[km/h]) đến 90 [km/h]), tốc độ vận hành tối ưu nhất Vt/ưu = 61[km/h], hộp số vô cấp CVT giảm mức tiêu hao nhiên liệu so với hộp số cơ khí MT là 16,03

%

 Chế độ chuyển động quá độ của ô tô (vận hành có gia tốc)

- Khi chuyển động trong nội đô, đường có dải phân cách cứng, mỗi bên hai làn xe, với tốc độ lớn nhất không quá 60[km/h] Tốc độ

trung bình V_tb = 13,33[km/h], hộp số vô cấp CVT giảm mức tiêu hao nhiên liệu so với hộp số cơ khí MT là 13,25 %

- Khi chuyển động trên đường đèo dốc, tốc độ trung bình V_tb = 38[km/h], hộp số vô cấp CVT giảm mức tiêu hao nhiên liệu so với hộp số cơ khí MT là 11,67 %

 Với các chế độ chuyển động trên các loại đường khác nhau ô

tô trang bị hộp số vô cấp CVT tiết kiệm nhiên liệu hơn so với ô tô trang bị hộp số cơ khí MT Bởi vì hộp số vô cấp CVT có quá trình chuyển số diễn ra liên tục, tổn thất năng lượng khi chuyển số ở mức thấp nhất, đồng thời khi chuyển số tốc độ động cơ luôn được giữ ở mức tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất

 Thiết bị OBD link wifi sử dụng rất tiện lợi với chi phí thấp trong điều kiện thử nghiệm thực tế trên đường thử trong điều kiện không thể tiến hành trên băng thử với chi phí cao

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Mặc dầu đề tài luận văn đã thực hiện được một số kết quả đáng ghi nhận như đã trình bày trong các chương; tuy nhiên do phạm vi nghiên cứu và thời gian có hạn, nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót cũng như những vấn đề chưa tiếp cận được

Vì vậy tác giả của luận văn này đề xuất một số hướng phát triển đối với đề tài như sau:

+ Nghiên cứu đánh giá động lực học và kinh tế kỹ thuật một cách toàn diện trên băng thử động lực học ô tô

+ Nghiên cứu so sánh động lực học và kinh tế kỹ thuật của các loại xe khác nhau như hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực AT với hộp số tự động vô cấp CVT và với hộp số cơ khí thông thường MT