Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành đến tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHẠM QUỐC HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH ĐẾN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ SỬ DỤNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng, 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHẠM QUỐC HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH ĐẾN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ SỬ DỤNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60 520 116 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHAN MINH ĐỨC TS LÊ VĂN TỤY Đà Nẵng, 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Đà Nẵng, ngày 20 tháng 07 năm 2017 Tác giả Phạm Quốc Huy ii TÓM TẮT Tên đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ vận hành đến tiêu hao nhiên liệu ô tô sử dụng hộp số tự động” Thời gian thực hiện: 01/05/2016 đến 20/07/2017 Địa điểm nghiên cứu: Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Mục tiêu đề tài nhằm tới việc nghiên cứu sử dụng hiệu tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô sử dụng hộp số tự động qua chế độ vận hành Hơn nữa: việc tính tốn, phân tích tiêu hao nhiên liệu ô tô sử dụng hộp số tự động chế độ vận hành kiểm chứng thực nghiệm, đề tài tỏ rõ tính thực tiễn ý nghĩa khoa học Đối tượng nghiên cứu luận văn vấn đề tiêu hao nhiên liệu chế độ vận hành ô tô sử dụng hộp số tự động Phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn phạm vi ô tô sử dụng hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực Để đạt mục đích nêu trên, luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp; kết hợp phương pháp tính tốn, phân tích đánh giá lý thuyết đồng thời sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng tính đắn độ tin cậy phương pháp lý thuyết tính tốn SUMMARY Topic name: “Study on the effect of operating mode on automobile fuel consumption of cars using automatic transmission” Execution time: 01/05/2016 to 20/07/2017 Study location: Da Nang University of Technology The aim of the research is to study the efficient and economical use of fuel for automobiles using automatic transmission through operating modes; This in turn contributes to enhancing energy security while reducing air pollution caused by caused by the means of transpost Moreover: calculations, vehicle fuel consumption analysis using automatic gearboô tôs in operating modes will be verified experimentally, so the topic will be realistic and meaningful, science The subject of the dissertation is fuel consumption in the operating mode of cars using automatic transmission The scope of research of the subject is limited to the area of automobiles use automatic transmission type clutch hydraulic To achieve the above purpose, the dissertation uses the method of integrated research; It combines calculations, theoretical analysis, and empirical research to verify the correctness and reliability of theoretical calculation method Key word: Automatic transmission, fuel consumption, effect of operating iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT ii SUMMARY ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix KÝ HIỆU KHOA HỌC ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình sử dụng lượng 1.1.1 Tổng quan tình hình sử dụng lượng hóa thạch 1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường biến đổi khí hậu 1.2 Tình hình nghiên cứu giảm tiêu hao nhiên liệu cho ô tô 1.2.1 Các giải pháp hoàn thiện động để tiết kiệm nhiên liệu [6] 1.2.1.1 Công nghệ van biến thiên theo thời gian 1.2.1.2 Hệ thống xi lanh chủ động 1.2.1.3 Turbin tăng áp siêu nạp 1.2.1.4 Sử dụng công nghệ cao nhằm giảm tối thiểu ma sát bên động 1.2.1.5 Sử dụng công nghệ đánh lửa tia plasma 1.2.2 Các giải pháp công nghệ để tiết kiệm nhiên liệu cho ô tơ 1.3 Tình hình nghiên cứu hộp số tự động 10 1.3.1 Lịch sử phát triển ô tô hộp số tự động 10 1.3.2 Các nghiên cứu phát triển hộp số tự động cho ô tô 11 1.3.2.1 Các nghiên cứu phát triển công nghệ giới 11 1.3.2.2 Xu hướng phát triển sử dụng ô tô hộp số tự động Việt Nam 18 1.4 Kết luận chương 20 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 2.1 Phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô 21 2.1.1 Phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô 21 2.1.2 Các yếu tố ảnh hướng đến tiêu hao nhiên liệu ô tô 25 2.1.2.1 Ảnh hưởng suất tiêu hao nhiên liệu động cơ: 25 2.1.2.3 Ảnh hưởng chất lượng mặt đường lốp ô tô 26 2.1.2.4 Ảnh hưởng hình dáng thân vỏ ô tô 26 2.1.2.5 Ảnh hưởng chất lượng hệ thống truyền lực 26 2.1.2.6 Ảnh hưởng tỷ trọng nhiên liệu 26 2.1.2.7 Ảnh hưởng tốc độ chuyển động 26 2.1.3 Ảnh hướng truyền động thủy lực đến tiêu hao nhiên liệu ô tô 27 iv 2.1.3.1 Nguyên lý làm việc biến đổi mô-men 28 2.1.3.2 Nguyên lý làm việc hộp số thủy 32 2.2 Các phương pháp thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu ô tô 35 2.2.1 Phương pháp thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu ô tô băng thử 36 2.2.2 Phương pháp thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu ô tô đường 39 2.2.3 Phương pháp pháp xử lý liệu thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu 40 2.3 Kết luận chương 40 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 42 3.1 Giới thiệu trang thiết bị thí nghiệm 42 3.1.1 Sơ đồ bố trí tổng thể thiết bị OBD II Wifi: 42 3.1.2 Thiết bị chẩn đoán đa OBD II Wi-fi 43 3.1.3 Thiết bị ghi nhận liệu từ OBD II Wi-fi 44 3.1.4 Ơ tơ thử nghiệm Hyundai i20 45 3.1.5 Lộ trình chạy tơ thử nghiệm đường 49 3.2 Tổ chức thử nghiệm 51 3.2.1 Nội dung thử nghiệm 51 3.2.2 Quy trình vận hành thử nghiệm tơ Hyundai i20 đường 52 3.2.2.1 Chạy ô tô theo lộ trình I: 52 3.2.2.2 Chạy ô tô theo lộ trình II: 52 3.2.2.3 Chạy ô tô theo lộ trình III: 52 3.2.2.4 Chạy tơ theo lộ trình IV: 53 3.2.2.5 Chạy tơ theo lộ trình V: 53 3.3 Kết thử nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu đường 53 3.3.1 Phương pháp ghi nhận liệu 53 3.3.2 Kết thử nghiệm 53 3.3.2.1 Kết đo tiêu hao nhiên liệu tơ theo lộ trình I 53 3.3.2.2 Kết đo tiêu hao nhiên liệu tơ theo lộ trình II 58 3.3.2.3 Kết đo tiêu hao nhiên liệu tơ theo lộ trình III 59 3.3.2.4 Kết đo tiêu hao nhiên liệu ô tô theo lộ trình IV 60 3.3.2.5 Kết đo tiêu hao nhiên liệu ô tơ theo lộ trình V 60 3.4 Kết luận chương 62 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 63 4.1 Phương pháp xử lý đánh giá liệu thực nghiệm 63 4.1.1 Phương pháp xử lý liệu tức thời 63 4.1.2 Phương pháp xử lý liệu gần 65 4.2 Kết phân tích đánh giá liệu thử nghiệm 66 4.2.1 Tiêu hao nhiên liệu ô tô vận hành ô tô với tốc độ không đổi 66 4.2.2 Tiêu hao nhiên liệu ô tơ vận hành tơ có gia tốc 67 4.2.2.1 Tiêu hao nhiên liệu ô tô vận hành ô tô có gia tốc nội đô 67 v 4.2.2.2 Tiêu hao nhiên liệu tơ vận hành tơ có gia tốc qua đèo dốc 68 4.2.2.3 Tiêu hao nhiên liệu vận hành ô tô gia tốc mạnh từ nội đô ngoại ô 68 4.3 Kết luận chương 71 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 72 KẾT LUẬN 72 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1: Nhu cầu xăng dầu Việt Nam Hình 2: Ơ nhiễm khơng khí Hình 3: Kết cấu cụm van biến thiên theo thời gian Hình 4: Hệ thống xilanh chủ động động V6 Hình 5: Tuabin tăng áp sử dụng động Hình 6: Cơng nghệ mạ Nano-slide Hình 7: HT đánh lửa Plasma-ACIS Hình 8: Sơ đồ hoạt động ô tô Hybrid Hình 9: Mơ hoạt động xúc tác tiết kiệm nhiên liệu “FuelSaver” Hình 1.10: Tiêu hao nhiên liệu thử nghiệm lái tơ theo chu trình ECE-1504 10 Hình 1.11: Hộp số tự động CVT 11 Hình 1.12: Bộ truyền động dây đai 11 Hình 1.13: Các chế độ hoạt động truyền động 12 Hình 1.14: Kết cấu dây đai phức hợp 12 Hình 1.15: Kết cấu hộp số ly hợp kép 14 Hình 1.16: Kết cấu hộp số tự động cấp 15 Hình 1.17: Chuyển số: Dải truyền động lớn hiệu suất cao cho phép hộp số tiết kiệm nhiên liệu 6% so với hệ trước 16 Hình 1.18: Hộp số CVT có hộp số phụ 16 Hình 1.19: Hộp số CVT có hộp số phụ sử dụng dây đai xích 17 Hình 1.20: Hộp số DSG 10 cấp 18 Hình 21: Biểu đồ sản lượng tiêu thụ theo tháng toàn thị trường từ tháng 11/2016 đến tháng 3/2017 18 Hình 1.22: Biểu đồ sản lượng tiêu thụ theo tháng toàn thị trường từ tháng 11/2015 đến tháng 3/2016 19 Hình 3: Kết cấu cụm van biến thiên theo thời gian 51 Hình 3: Kết cấu cụm van biến thiên theo thời gian 51 Hình 1: Sơ đổ tổng quát lực mô men tác dụng lên ô tô 22 Hình 2.2: Bản đồ biểu diễn suất tiêu hao nhiên liệu động phụ thuộc vào tốc độ [rpm] tải pe[bar] động 27 Hình 2.3: Cấu tạo biến mô thủy lực 28 Hình 2.4: Đồ thị đặc tính ngồi biến mơ thủy lực 32 Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo cấu hành tinh kiểu Wilson dãy 33 Hình 6a: Sơ đồ cấu tạo cấu hành tinh dãy kiểu bánh kép loại I 33 Hình 2.7: Bố trí tổng thể ô tô thiết bị phụ trợ băng thử CD-48” 36 Hình 2.8a: Chu trình thử ECE 1504 37 vii Hình 3.1: Sơ đồ bố trí chung hệ thống thu nhận liệu OBD II Wi-fi 43 Hình 3.1: Hình dáng thiết bị OBD II Wi-fi 43 Hình 3.3: Màn hình hiển thị liệu từ phần mềm ứng dụng OBD II Wi-fi 44 Hình 3.4: Hình dáng tơ Hyundai i20 dùng cho thử ngiệm 45 Hình 3.5a: Hộp số tự động A4FC1 gồm cấp tiến số lùi (Hyundai i20) 47 Hình 3.6: Tuyến đường từ quốc lộ 1A xuống cảng Chân may 50 Hình 7: Tuyến đường Hoàng Sa (Đà Nẵng) xã Điện Ngọc (Quảng Nam) 51 Hình 3.8: Tuyến đường Đèo Hải Vân 51 Hình 3.9: Màn hình hiển thị ghi nhận liệu thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu 53 Hình 3.10: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 54 Hình 3.11: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 54 Hình 3.12: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 55 Hình 3.13: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 55 Hình 3.14: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 56 Hình 3.15: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian (khi trì vận tốc tơ không đổi V = 70km/h) 56 Hình 3.16: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 57 Hình 3.17: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 57 Hình 3.18a: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian (khi vận hành có gia tốc nội V 60km/h) 59 Hình 3.20: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 60 Hình 3.21a: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 61 Hình 4.1: Diễn biến đại lượng V, Gh Qnl theo thời gian t(s) 63 Hình 4.2: Diễn biến V(t), Gh(t) Qnl(t) Qnl_tb đoạn đường dèo dốc 64 Hình 4.3: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu Qnl theo tốc độ vận hành khơng đổi 66 Hình 4.4: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu Q vận hành ô tô nội 67 Hình 4.5: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu Q vận hành ô tô qua đèo dốc 68 Hình 4.6: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu biến mô bị trượt mạnh 69 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Dự báo nhu cầu nhiên liệu xăng dầu vùng kinh tế đến năm 2020 Bảng 1.2: Ước tính khí thải theo nhiên liệu tiêu thụ ngành giao thông vận tải Bảng 2.1: Tổng hợp truyền động cấu hành tinh dãy kiểu Wilson 35 Bảng 3.1: Thơng số kỹ thuật tơ Hyundai i20 45 Bảng 3.2: Các khả làm việc hai dãy hành tinh hộp số A4FC1 48 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật hộp số tự động A4CF1 - ô tô Hyundai i20 49 Bảng 4.1: Kết xử lý tiêu hao nhiên liệu ô tô tốc độ ô tô không đổi 66 Bảng 4.2: Dữ liệu thử nghiệm vận hành tăng tốc mạnh đột ngột 69 Bảng 4.3: So sánh tiêu hao nhiêu liệu chế độ vận hành ô tô 72 60 3.3.2.4 Kết đo tiêu hao nhiên liệu ô tô theo lộ trình IV Lộ trình chạy tơ vùng ngoại Lộ trình chủ yếu nhanh chóng nâng cao tốc độ trì số (theo lộ trình I trình bày trên) Diễn biến đại lượng đo thay đổi theo thời gian chạy thử nghiệm đoạn đường với tốc độ không 90 (km/h) cho hình 3.20 Tốc độ xe (Km/h) Tiêu hao nhiên liệu (lit/hr) Tốc độ động (rpm) Tiêu hao nhiên liệu (lit/100km) 100 3500 3000 80 2500 70 60 2000 50 1500 40 30 n(rpm) V(km/h), G(l/h), Q(l/100km) 90 1000 20 500 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian (s) Hình 3.19: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian (khi vận hành ô tô có gia tốc ngoại ô nhanh chóng đạt vận tốc V = 90km/h) 3.3.2.5 Kết đo tiêu hao nhiên liệu tơ theo lộ trình V Lộ trình chạy tơ đèo dốc Hải vân Khi tơ chạy theo lộ trình này, tơ thường xuyên vận hành có gia tốc đường phần lớn quanh co Khi lên dốc, chân ga ép mạnh nhằm khắc phục thêm lực cản lên dốc; có lúc cộng thêm lực cản vào đường vịng Lộ trình thực hai lượt chạy: Chạy từ Nam ô - Đà nẵng Lăng Cô – Huế (xem hình 3.21a) ngược lại chạy từ Lăng Cô – Huế vào Nam ô – Đà nẵng (xem hình 3.21b) 61 V(km/h) Gh(lít/h) n(rpm) 50 2500 40 2000 35 30 1500 25 20 n(rpm) V(km/h), G(l/h), Q(l/100km) 45 1000 15 10 500 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thời gian (s) Hình 3.20a: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian (khi vận hành tơ qua đèo dốc Hải Vân - từ Đà Nẵng Huế) V(km/h) Gh(lít/h) n(rpm) 50 2500 40 2000 35 30 1500 25 20 1000 n(rpm) V (Km/h), G (l/h), Q (l/100Km) 45 15 10 500 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thời gian (s) Hình 3.21b: Diễn biến đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian (khi vận hành ô tô qua đèo dốc Hải Vân - từ Huế vào Đà Nẵng) 62 3.4 Kết luận chương 1) Nhờ sử dụng thiết bị đo tương đối đại mà đơn giản gọn nhẹ, nên việc thử nghiệm thực cách thuận lợi vận hành ô tô điều kiện đường sá khác 2) Thiết bị OBD II Wifi dùng để truy xuất giá trị đo đại lượng nghiên cứu thực nghiệm thuộc hệ công nghệ 4.0, nên kết nhận từ việc thử nghiệm tơ đường xác tin cậy 3) Dữ liệu nhận thiết bị OBD II Wifi có tính tức thời theo thời gian thực, nên việc xử lý số liệu trở nên đơn giản, không nhiều thời gian Các kết thực nghiệm ứng với chế độ vận hành thể hình từ 3.10 đến 3.21b Trên kết đáng tin cậy làm sở cho việc nghiên cứu phân tích đánh giá kết thực nghiệm trình bày CHƯƠNG 63 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Với liệu thực nghiệm nhận CHƯƠNG 3, phân tích để có kết nghiên cứu luận văn Trên sở đánh giá bàn luận tiêu hao nhiên nhiên liệu ô tô sử dụng hộp số tự động; đồng thời phân tích ảnh hưởng yếu tố đến tiêu hao nhiên liệu ô tô sử dụng hộp số tự động 4.1 Phương pháp xử lý đánh giá liệu thực nghiệm 4.1.1 Phương pháp xử lý liệu tức thời Như trình bày CHƯƠNG 3, việc đo đạt liệu tiêu hao nhiên liệu thực nghiệm chạy ô tô đường, luận văn sử dụng thiết bị chẩn đoán đa OBD II Wifi để truyền ghi nhận liệu thông qua hai đại lượng chủ yếu gồm: lượng tiêu hao nhiên liệu Gh tính theo [lít/h] tốc độ vận hành ô tô V[km/h] Các đại lượng ghi nhận cách tức thời theo thời gian thực t, tính giây (s) suốt quảng đường thử nghiệm S[m] Vì tính kết lượng tiêu hao nhiên liệu ô tô tức thời theo công thức tương đương (2.18) với điều kiện tất giá trị tốc độ V(t) khác không (V(t) ≠ 0); tức là: Qnl (t )  100Gh (t ) V (t ) (4.1) Gh(lít/h) Q (lít/100km) 40 45 35 40 30 35 30 25 25 20 20 15 15 n(rpm) V (Km/h), G (l/h), Q (l/100Km) V(km/h) 50 10 10 5 0 20 40 60 80 100 Thời gian (s) 120 140 160 180 Hình 4.1: Diễn biến đại lượng V, Gh Qnl theo thời gian t(s) Phương pháp áp dụng cho tất chế độ vận hành tơ có tốc độ khác không (trừ trường hợp vận hành ô tô theo chu trình băng thử vận hành tơ theo chu trình thực địa đường sá qua ngã tư có tính hiệu đèn đỏ phải dừng tơ V = 0) 64 Trên hình 4.1 ví dụ minh họa cho kết xử lý liệu tiêu hao nhiên liệu Qnl[lít/100km] tức thời theo thời gian vận hành ô tô qua đường đèo dốc Hải Vân Trong trường hợp này, để tính kết tiêu hao nhiên liệu trung bình Qnl_tb[lít/100km] quảng đường S[m] tương ứng với khoảng thời gian vận hành tính tích phân sau: t Qnl_tb = n Qnl (t )dt (t n  t1 ) t1 (4.2) Vì khơng có hàm cụ thể Qnl(t) theo biến thời gian t, nên tích phân (4.2) tính phương pháp tích phân gần sau: Qnl_tb = n 1 Q nl ( i )  Qnl ( i 1) t ( i 1)  t ( i )   2(t n  t1 ) i 1 3600 (4.2b) Kết tính giá trị trung bình tiêu hao nhiên liệu Qnl_tb đoạn đường đèo dốc từ kết hình 4.1 thể lại hình 4.2 V(km/h) Gh(lít/h) Q (lít/100km) Qnl_tb[lít/100km] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 0 20 40 60 80 Thời gian (s) 100 120 140 160 180 Hình 4.2: Diễn biến V(t), Gh(t) Qnl(t) Qnl_tb đoạn đường dèo dốc Phương pháp xử lý liệu tức thời nêu cho thấy rõ diễn biến đại lượng nghiên cứu theo thời gian thực (trong có đại lượng tiêu hao nhiên liệu tơ Qnl) Qua cho phép sâu đánh giá phân tích yếu tố ảnh hưởng đến đại lượng nghiên cứu, khối lượng tính tốn xử lý thời gian Tuy nhiên, phương pháp yêu cầu tốc độ vận hành không không trường hợp vận hành ô tô theo chu trình 65 4.1.2 Phương pháp xử lý liệu gần Như trình bày, trường hợp chu trình tính mà tồn tốc độ khơng (V=0) khơng thể áp dụng trực tiếp phương pháp xử lý tức thời; mà phải dùng phương pháp tính gần đúng; theo chủ yếu sử dụng phương pháp tích phân gần nêu Do vậy, để tính tốn xử lý liệu đại lượng lượng tiêu hao nhiên liệu ơ-tơ Qnl [lít/100km] điều kiện vận hành nào, ta sử dụng cơng thức tính lượng tiêu hao nhiên liệu trung bình theo công thức (2.19) biến đổi lại sau: Qnl  100Gcyc S cyc (4.3) Trong Gcyc lượng nhiên liệu ô tô tiêu thụ quảng đường ô tô chạy sau thời gian tcyc[s], tính [lít]; cịn Scyc quảng đường ơ-tơ sau thời gian tcyc[s] tơ chạy, tính [km] Nghĩa ta sử dụng thêm phương pháp tích phân số cho Gcyc Scyc sau: + Với Gcyc[lít] tổng lượng nhiên liệu mà ô tô tiêu thụ quảng đường ô tô chạy sau thời gian t[s]; tính theo tích phân gần sau: Gcyc  n 1 Gh (i )  Gh (i 1) t (i 1)  t (i )   i 1 3600 (4.3b) Ở Gh(i) lượng tiêu hao nhiên liệu [lít/h] đo từ cảm biến lưu lượng thời điểm t(i), tính giây [s]; Gh(i+1) lượng tiêu hao nhiên liệu thời điểm t(i+1) + Và Scyc[km] quảng đường ô-tô sau thời gian t[s] tơ chạy, tính theo tích phân gần sau: S cyc  n 1 V(i )  V(i 1) t (i 1)  t (i )   i 1 3600 (4.3c) Ở V(i) tốc độ ô-tô [km/h], đo từ cảm biến tốc độ thời điểm t(i); V(i+1) tốc độ ô-tô thời điểm t(i+1) Bằng phương pháp xử lý liệu gần này, cho phép luận văn tính tốn, phân tích kết thử nghiệm cách thuận lợi, không yêu cầu tốc độ phải khác khơng (vì cơng thức tính khơng cịn phụ thuộc vào tốc độ mẫu số); mà bảo đảm độ xác định kết trình bày sau 66 4.2 Kết phân tích đánh giá liệu thử nghiệm Với phương pháp xử lý liệu gần nêu trên, cho phép luận văn tính tốn, phân tích kết liệu thử nghiệm cách thuận lợi mà bảo đảm độ xác cần thiết với kết sau 4.2.1 Tiêu hao nhiên liệu ô tô vận hành ô tô với tốc độ không đổi Từ kết liệu thử nghiệm CHƯƠNG 3, kết xử lý gần nêu, luận văn tiến hành xử lý liệu tiêu hao nhiên liệu tơ Qnl tính theo [lít/100km] chế độ vận hành tơ có tốc độ không đổi; với kết cho bảng 4.1 Bảng 4.1: Kết xử lý tiêu hao nhiên liệu ô tô tốc độ ô tô không đổi V [km/h] 21.08 27.51 40.55 50.67 59.94 70.05 81.5 90.38 Qnl[lít/100km] 11.12 9.68 6.38 5.97 5.36 5.95 6.33 6.62 Với kết 4.1, biểu diễn tiêu hao nhiên liệu ô tô theo tốc độ vận hành khơng đổi hình 4.3 Cũng với kết từ bảng 4.1, sử dụng thêm phương pháp xấp xỉ bình phương bé nhất, luận văn tìm hàm gần biểu diễn quan hệ Qnl = f(V) (xem biểu thức xấp xỉ hình 4.3); từ cho phép tìm tốc độ vận hành tối ưu mà tiêu hao nhiên liệu đạt nhỏ sau: + Tốc độ vận hành tối ưu: Vt/ưu = 59,275[km/h] + Tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất: Qnlmin = 05,570[lít/100km] Qnl[lít/100km] = -4E-05.V3 + 0,0097.V2 - 0,7142.V + 22,469 12 11 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 V [km/h] Hình 4.3: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu Qnl theo tốc độ vận hành không đổi 67 4.2.2 Tiêu hao nhiên liệu ô tô vận hành ô tô có gia tốc Phương trình tiêu hao nhiêu liệu (2.8) rằng, vận hành tơ có gia tốc (dV/dt ≠ 0), dễ dàng nhận thấy tiêu hao nhiên liệu tăng lên so với vận hành với tốc độ khơng đổi cần phải có thêm nhiên liệu để tạo công suất cân với công suất cản tăng thêm gia tốc ô tô Từ kết liệu thử nghiệm CHƯƠNG 3, kết xử lý gần nêu, luận văn tiến hành xử lý liệu tiêu hao nhiên liệu tơ Qnl tính theo [lít/100km] chế độ vận hành tơ có gia tốc sau: 4.2.2.1 Tiêu hao nhiên liệu ô tô vận hành ô tô có gia tốc nội đô Từ kết liệu thử nghiệm CHƯƠNG 3, kết xử lý gần nêu, luận văn tiến hành xử lý liệu tiêu hao nhiên liệu tơ Q tính theo [lít/100km] chế độ vận hành tơ có gia tốc nội Bỏ qua thời điểm tốc độ khơng (nếu có), có kết xử lý hai phương pháp; thể hình 4.4 V (km/h) Gh (lít/h) Q(lít/100km) Q_tb(lít/100km) 60 50 40 30 20 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Thời gian t (s) Hình 4.4: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu Q vận hành ô tô nội đô Kết cho thấy, chạy nội đô có đường phân cách cứng, bên hai tơ, với tốc độ max khơng q 60[km/h] ta có: + Tốc độ lớn nhất: Vmax = 55 [km/h] + Tốc độ trung bình: V_tb = 27,1[km/h] + Tiêu hao nhiên liệu trung bình: Q_tb = 15,68 [lít/100km] Rõ ràng so với tốc độ không đổi (ô tôm bảng 4.1) tiêu hao nhiên liệu chạy tơ có gia tốc cao hẳn Trong trường hợp gia tốc mạnh để chuyển từ nội nhanh chóng ngoại tiêu hao nhiên liệu cịn tăng lên nhiều Sở dĩ có trượt mạnh biến mô thủy lực ô tô sử dụng hộp số tự động (xem kết hình 4.6) 68 4.2.2.2 Tiêu hao nhiên liệu tơ vận hành tơ có gia tốc qua đèo dốc Từ kết cho thấy, chuyển đơng có gia tốc, ngồi tiêu hao nhiên liệu tăng lên có thêm lực qn tính tăng tốc Khi vận hành tơ có gia tốc đèo dốc, tiêu hao nhiên liệu cịn tăng lên cao cịn phải thằng cơng lực lên dốc Từ liệu thử nghiệm CHƯƠNG 3, kết xử lý gần nêu, luận văn tiến hành xử lý liệu tiêu hao nhiên liệu tơ Qnl tính theo [lít/100km] chế độ vận hành tơ có gia tốc đèo dốc Hải vân; kết thể hình 4.5 V(km/h) Gh(lít/h) Q (lít/100km) Q_tb[lít/100km] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thời gian (s) Hình 4.5: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu Q vận hành ô tô qua đèo dốc Kết cho thấy, chạy ô tô đèo dốc Hải vân, tốc độ max khơng q 45[km/h] ta có: + Tốc độ lớn nhất: Vmax = 44 [km/h] + Tốc độ trung bình: V_tb = 34 [km/h] + Tiêu hao nhiên liệu trung bình: Q_tb = 17,45[lít/100km] Rõ ràng so với vận hành tơ có gia tốc nội đơ, tiêu hao nhiên liệu chạy tơ có gia tốc đèo dốc cao hẳn 4.2.2.3 Tiêu hao nhiên liệu vận hành ô tô gia tốc mạnh từ nội đô ngoại ô Từ kết cho thấy, chuyển đơng có gia tốc, ngồi tiêu hao nhiên liệu tăng lên có thêm lực qn tính tăng tốc Đối với ô tô sử dụng hộp số tự động kiểu biến mơ thủy lực tiêu hao nhiên liệu tăng nhanh vận hành tơ có gia tốc mạnh (như nhanh chóng vượt lên từ nội đo ngoại ô; vượt nhanh ô tô khác…) Sở dĩ có trượt mạnh biến mô thủy lực ô tô sử dụng hộp số tự động (xem kết hình 4.6) Từ liệu thử nghiệm CHƯƠNG 3, kết xử lý gần nêu, luận văn tiến hành xử lý liệu tiêu hao nhiên liệu ô tô Q chế độ vận hành 69 tơ có gia tốc với trượt mạnh biến mô Sự trượt mạnh biến mơ dễ dàng nhận biết qua tăng mạnh tốc độ động n(rpm) hình 4.6 tốc độ ô tô chưa tăng kịp trượt biến mơ V(Km/h) Gh(lít/h) Q(lít/100km) Q_tb(lít/100km) n(rpm) 2500 60.00 2000 50.00 1500 40.00 30.00 1000 n(rpm) V (Km/h), G (l/h), Q (l/100Km) 70.00 20.00 500 10.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 Thời gian t(s) Hình 4.6: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu biến mô bị trượt mạnh Kết xử lý liệu chạy ô tô sử dụng hộp số tự động Hyundai i20 với gia tốc mạnh, ta thấy (xem bảng 4.2 hình 4.6): Bảng 4.2: Dữ liệu thử nghiệm vận hành tăng tốc mạnh đột ngột t (s) 11 15 17 19 20 21 22 23 25 27 V(Km/h) 40.00 38.00 38.00 38.00 38.00 38.00 32.00 32.00 32.00 32.00 32.00 49.00 59.00 Gh(lít/h) 1.25 1.36 1.36 1.69 1.69 1.69 2.75 3.28 3.34 7.91 8.24 7.73 7.39 n(rpm) 948 944 943 943 943 943 1520 2244 2338 2340 2340 2340 2105 Q(lít/100km) 3.13 3.58 3.58 4.45 4.45 4.45 8.59 10.25 10.44 24.72 25.75 15.78 12.53 70 29 31 32 33 34 35 38 45 46 52 55 57 58 60 63 64 66 67 68 70 59.00 56.00 55.00 55.00 55.00 56.00 56.00 57.00 57.00 57.00 57.00 57.00 57.00 57.00 59.00 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 1.96 1.76 2.78 3.37 3.83 4.37 4.44 4.4 3.55 3.11 2.87 3.76 4.13 4.27 4.44 4.5 4.5 3.82 3.48 2.82 1584 1507 1462 1455 1454 1481 1499 1544 1544 1522 1502 1501 1506 1529 1555 1571 1590 1599 1602 1600 3.32 3.14 5.05 6.13 6.96 7.80 7.93 7.72 6.23 5.46 5.04 6.60 7.25 7.49 7.53 7.50 7.50 6.37 5.80 4.70 Từ bảng liệu thử nghiệm ta có: + Tốc độ động tăng nhanh từ: n = 1500(rpm) lên 2340(rpm)  thời điểm: t = 19(s) đến 21(s); + Tốc độ ô tô kịp tăng từ: V = 32(km/h) đến 59(km/h)  thời gian trễ hơn: t = 23(s) đến t=29(s) Kết từ bảng 4.2 (xem thêm đồ thị 4.6) ta có: + Tốc độ lớn nhất: Vmax = 59 [km/h] + Tốc độ trung bình: V_tb = 49,94 [km/h] + Tiêu hao nhiên liệu trung bình: Q_tb = 07,79[lít/100km] Rõ ràng vận hành tơ có gia tốc mạnh đột ngột, có trượt mạnh biến mơ, tiêu hao nhiên liệu lúc tăng nhanh Giá trị tiêu hao nhiên liệu tức thời bảng 4.2 (xem thêm đồ thị 4.6) đạt đến giá trị 25,75[lít/100km] tốc độ động đạt đến 2340[rpm] tốc độ ô tô đạt V = 32[km/h] Điều nói lên lý tơ sử dụng hộp số tự động kiểu biến mơ có tiêu hao nhiên liệu cao vận hành nội đô 71 4.3 Kết luận chương Việc tổ chức thực nghiệm luận văn đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH ĐẾN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ SỬ DỤNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG” đạt kết khả quan, phản ánh rõ nét dấu hiệu tăng tiêu hao nhiên liệu ô tô sử dụng hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực Kết nhận từ đề tài nghiên cứu luận văn phù hợp với công bố nhà sản xuất hộp số tự động Theo tiêu hao nhiên liệu nhỏ 5,57[l/100km] chạy xe với tốc độ không đổi V = 59[km/h] Ngoài ra, đề tài yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu ô tô sử dụng hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực; đặc biệt vận hành xe có gia tốc nội đường đèo dốc Đây khoa học bước đầu để luận văn đến kết luận sau 72 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI KẾT LUẬN Bằng kết nghiên cứu đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH ĐẾN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô-TÔ SỬ DỤNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG” Trên sở nghiên cứu lý thuyết qua phân tích đánh giá kết thực nghiệm, tác giả luận văn rút số kết luận sau: Kết luận 1: Khi vận hành ô tô gia tốc mạnh đột ngột dẫn đến trượt mạnh cánh tuốc-bin cánh bơm biến mơ, tiêu hao nhiên liệu lúc tăng nhanh Kết luận 2: Tiêu hao nhiên liệu nhỏ Qnlmin = 5,57 lít/100km Tốc độ tối ưu V = 59, km/h ứng với tiêu hao nhiên liệu nhỏ (khi vận hành tốc độ không đổi) Kết luận 3: + Tiêu hao nhiên liệu vận hành ô tô tốc độ ổn định thấp vận hành có gia tốc; kể trường hợp vận hành theo chế độ lăn trơn (xem bảng 4.3) + Tiêu hao nhiên liệu vận hành ô tô qua đèo dốc cao hẳn so với chế độ vận hành thông thường (xem bảng 4.3) Bảng 4.3: So sánh tiêu hao nhiêu liệu chế độ vận hành ô tô Chế độ vận hành Tốc trung bình [km/h] Tiêu hao Qnl[lít/100km] Qnl V_Const % Qnl tăng(+) V_const Ở nội đô 27,1 15,68 9,40 + 66,83 Qua đèo dốc 34,0 17,45 7,75 + 125,10 Kết luận 4: Khi vận hành ô tô sử dụng hộp số tự động sử dụng ly hợp thủy lực nói chung tơ Huyndai i20 sử dụng thực nghiệm đề tài nói riêng để tiết kiệm tiêu hao nhiên liệu rõ ràng ta phải vận hành ô tô tránh gia tốc đột ngột liên tục đèo dốc