Đề tài tập trung nghiên cứu cải tiến xe gắn máy chạy bằng động cơ xăng đơn thuần sang sử dụng kết hợp hai nguồn năng lượng là động cơ đốt trong và động cơ điện Mục đích chính là giảm thiểu thời gian hoạt động cho động cơ đốt trong nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu Bên cạnh đó việc sử dụng đồng thời động cơ đốt trong và động cơ điện cũng sẽ giúp giảm lượng phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường nâng cao tính kinh tế cho phương tiện
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG THIẾT KẾ CẢI TẠO XE CUB 50 THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID Sinh viên thực hiện: VÕ NGỌC LAM HUỲNH VĂN LỊCH PHAN THANH HƯNG NGUYỄN NGỌC HÙNG Đà Nẵng – Năm 2018 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ XE GẮN MÁY HYBRID 1.1 Mục đích ý nghĩa đề tài 1.2 Tổng quan ô nhiễm môi trường nhiên liệu .2 1.2.1 Ơ nhiễm mơi trường, gia tăng nhiệt độ khí quyển, biến đổi khí hậu 1.2.2 Hậu gia tăng nhiệt độ khí .6 1.2.3 Viễn cảnh nhiên liệu hóa thạch 1.3 Nguồn lượng tương lai 1.3.1 Năng lượng gió 1.3.2 Biomass - nhiên liệu sinh khối 1.3.3 Thủy điện .10 1.3.4 Năng lượng đại dương 11 1.3.5 Năng lượng hạt nhân 12 1.3.6 Pin nhiên liệu 13 1.3.7 Phản vật chất 14 1.3.8 Năng lượng mặt trời 15 1.4 Ơ tơ hybrid 16 1.4.1 Khái niệm chung 16 1.4.2 Xu hướng phát triển ôtô hybrid 16 1.4.3 Phân loại ôtô hybrid 17 1.4.3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất 17 1.4.3.2 Theo cách phối hợp công suất động nhiệt động điện 18 1.5 Xe gắn máy hybrid .21 Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẢI TẠO XE GẮN MÁY CUB 50 THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID 23 2.1 Thiết kế cải tạo xe gắn máy có sẵn thành xe gắn máy hybrid 23 2.1.1 Phân tích lựa chọn loại xe gắn máy để cải tạo 23 2.1.2 Phân tích phương án lắp đặt động nhiệt động điện .23 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid 2.1.3 Thiết kế bố trí lắp đặt động điện phía trước 26 2.1.4 Thiết kế bố trí hệ thống bổ sung 28 2.1.4.1 Cải tạo để lắp trục bánh xe điện 28 2.1.4.2 Bố trí lắp đặt ắc-quy cho động điện .30 2.1.5 Tính tốn, kiểm tra sức bền toàn hệ thống khung sau cải tạo 31 2.1.5.1 Các thông số đầu vào 31 2.1.5.2 Kết tính tốn 32 2.2 Thiết kế bố trí hệ thống truyền động điện cho xe gắn máy hybrid 34 2.2.1 Phân tích, lựa chọn phương án phối hợp công suất 34 2.2.1.1 Kiểu nối tiếp 34 2.2.1.2 Kiểu song song 34 2.2.1.3 Kiểu hỗn hợp 35 2.2.1.4 Kết luận 36 2.2.2 Thiết kế bố trí động điện 36 2.2.3 Tính tốn động học xe gắn máy hybrid 37 2.2.3.1 Xác định động điện 37 2.2.3.2 Xác định động nhiệt 38 2.2.3.3 Tính chọn ắc-quy cho động điện 39 2.2.4 Tính tốn tính xe gắn máy chạy điện 41 2.2.4.1 Đặc tính tốc độ động điện .41 2.2.4.2 Tốc độ tối đa động điện đạt 42 2.2.4.3 Đặc tính nhân tố động lực xe máy điện .43 2.2.4.4 Đặc tính tăng tốc xe máy điện 43 2.2.4.5 Kết luận 45 2.3 Phối hợp sử dụng nguồn động lực xăng-điện xe gắn máy hybrid 46 2.3.1 Phân tích đặc tính làm việc động xe gắn máy 46 2.3.1.1 Các chế độ làm việc động xe gắn máy 46 2.3.1.2 Các đường đăc tính động xe gắn máy 49 2.3.2 Phân tích đặc tính làm việc động điện BLDC 56 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid 2.3.2.1 Momen điện từ 56 2.3.2.2 Đặc tính đặc tính làm việc động BLDC 57 2.3.2.3 Sức phản điện động .57 2.3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển xe gắn máy hybrid .58 2.3.3.1 Sơ đồ điều khiển chế độ xe máy Hybrid .58 2.3.3.2 Nguyên lý hoạt động sơ đồ điều khiển 59 2.4 Nâng cao công suất hiệu suất xe gắn máy hybrid 60 2.4.1 Mục đích, yêu cầu 60 2.4.2 Các giải pháp nâng cao hiệu sử dụng lượng xe gắn máy hybrid 60 2.4.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động điện BLDC 60 2.4.2.2 Thiết kế sạc điện từ lượng phanh xe xuống dốc 62 2.4.3 Nghiên cứu thiết kế ly hợp cắt truyền động từ bánh xe đến động nhiệt chạy điện 64 2.4.3.1 Ly hợp điện từ 64 2.4.3.2 Ly hợp chiều (líp) 65 2.4.3.3 Ly hợp siêu việt 66 Chương 3: QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM CẢI TẠO XE GẮN MÁY THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID 67 3.1 Quy trình thực nghiệm .67 3.1.1 Cải tạo chắn ba lắp động điện vào bánh trước .67 3.1.2 Cải tạo ly hợp chiều 68 3.1.3 Thiết kế đồ gá bình điện 69 3.1.4 Cải tạo lại hệ thống điện .70 3.1.5 Trang trí làm đẹp khung sườn 70 3.2 Kết chạy thực nghiệm 71 KẾT LUẬN 72 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid MỞ ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế, cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đời sống người dân giới nói chung nước ta nói riêng cải thiện rõ rệt Đi với điểm tích cực phát triển kinh tế, xã hội làm tăng nhu cầu sử dụng máy móc, phương tiện lại qua tăng mức độ phát thải nhiễm cho môi trường Đặc biệt năm gần tốc độ tăng trưởng nhanh kinh tế dân số khiến cho tình trạng nhiễm mơi trường trở nên trầm trọng, sức ép nguồn nguyên-nhiên liệu ngày tăng Trong bối cảnh đó, hạn chế ô nhiễm môi trường sử dụng hiệu nguồn tài nguyên thiên nhiên mục tiêu quan trọng có ý nghĩa sống cịn nhân loại, thực tất lĩnh vực có giao thơng vận tải Song song với việc sử dụng nguồn nhiên liệu khơng gây nhiễm, cải tiến động đốt nhằm nâng cao hiệu suất giảm ô nhiễm sử dụng công nghệ Hybrid biện pháp khả thi nhiều hãng xe lớn nghiên cứu áp dụng Đề tài nhóm chúng em Thiết kế cải tạo xe gắn máy Cub 50 thành xe gắn máy Hybrid Đây đề tài không giới mẻ Việt Nam Trong thời gian thực đồ án, nhóm chúng em cố gắng vận dụng kiến thức công nghệ Hybrid để áp dụng vào thiết kế xe gắn máy, nhiên nhiều hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận thông cảm bảo, góp ý từ thầy bạn bè đề tài hoàn thiện Xe gắn máy Hybrid nhóm thiết kế cịn nhiều khuyết điểm chúng em hy vọng sở phục vụ cho việc nghiên cứu, cải tiến nhằm xây dựng nên xe máy Hybrid hoàn thiện tương lai Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Bùi Văn Ga thầy khoa Cơ khí giao thơng tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ để chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp Đà Nẵng, ngày 27 tháng năm 2018 SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga Chương 1: TỔNG QUAN VỀ XE GẮN MÁY HYBRID 1.1 Mục đích ý nghĩa đề tài Lượng xe gắn máy nước ta năm gần gia tăng nhanh chóng, vượt xa so với dự báo quan quản lý nhà nước Do tính động cao giá phù hợp với khả kinh tế phần lớn người dân nên thời gian tới, loại phương tiện giữ vai trị thiết yếu q trình di chuyển người Ngoài ra, đa số phương tiện vận chuyển giao thơng giới có sử dụng động nhiệt nguồn phát thải gây nhiễm bầu khí Vì vậy, việc làm giảm mức độ phát thải ô nhiễm chúng đối tượng ý nghiên cứu nhà sản xuất ô tô, xe gắn máy Trên sở đó, có nhiều giải pháp đưa giải pháp áp dụng công nghệ giải pháp đánh giá cao Điều minh chứng ơtơ có động thơng minh tiết kiệm nhiên liệu hãng xe lớn Toyota, Honda, … Cũng nhờ mà hãng xe trì hoạt động sản xuất kinh doanh dịng xe kinh tế cạnh tranh cao Chính trên, đề tài tập trung nghiên cứu cải tiến xe gắn máy chạy động xăng đơn sang sử dụng kết hợp hai nguồn lượng động đốt động điện Mục đích giảm thiểu thời gian hoạt động cho động đốt nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu Bên cạnh việc sử dụng đồng thời động đốt động điện giúp giảm lượng phát thải chất nhiễm mơi trường, nâng cao tính kinh tế cho phương tiện 1.2 Tổng quan ô nhiễm mơi trường nhiên liệu 1.2.1 Ơ nhiễm mơi trường, gia tăng nhiệt độ khí quyển, biến đổi khí hậu Trong vịng 400000 năm trở lại đây, nhiệt độ khí gần mặt đất trải qua chu kỳ băng hà Trước thay đổi nhiệt độ bầu khí khứ phụ thuộc vào tượng tự nhiên Tuy nhiên, từ bắt đầu thời kì cơng nghiệp, hoạt động người nguyên nhân gây gia tăng nhiệt độ bầu khí Điều khẳng định mơ hình tính tốn tăng nhiệt độ xem xét yếu tố ảnh hưởng khác Trên sở phân tích cân nồng độ cacbon khí quyển, dự báo gia tăng nhiệt độ cực đại khí gần mặt đất tương lai từ 4o đến 8o Nếu giải pháp rút giảm nồng độ CO2 khí SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga thời kì nóng lên trái đất kéo dài nhiều so với giai đoạn đất nóng lên khứ Sự bùng nổ khí hậu khiến nhiệt độ trái đất gia tăng nhanh chóng trước đạt giá trị cực đại diễn (nồng độ C02 khí đạt giá trị cao nhất), tức thời điểm nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt Cân cacbon khí có ý nghĩa định đến giá trị cực đoan hệ thống khí hậu Hạn chế gia tăng C02 làm giảm tốc độ gia tăng nhiệt độ khí để thiên nhiên người có thời gian thích nghi Các giải pháp thu hồi lưu giữ C02 khả thi tương lai cho phép rút ngắn thời kì nóng lên Trái Đất giúp người khống chế nhiệt độ tối ưu hành tinh xanh Nhiệt độ mặt đất diễn theo chu kì, có khác biệt nhiều thời gian biên độ Mỗi chu kì bắt đầu thời kì tăng đột ngột nhiệt độ làm đất nóng lên kéo dài khoản 10000 đến 20000 năm (gọi thời kì băng hà), sau đất lạnh dần tạo thành thời kì băng hà Cuối thời kì băng hà, đất lại nóng lên chu kì lại bắt đầu Biến thiên nhiệt độ -3 -6 100 150 200 250 300 350 400 Nghìn năm trước 450 Hình 1.1 Biến thiên nhiệt độ khí gần mặt đất qua thời kì băng hà Nhiệt độ khí khứ tái nhờ phân tích đồng vị oxygen cịn lưu giữ băng hà Các mẫu khoan băng hà bắc cực độ sau 3500m cho phép tái lại nhiệt độ khí 800000 năm trước Mặt khác, phân tích bọt khí lưu lại mẫu băng hà cho phép ta tìm thành phần chất khơng khí, từ xây dựng mối quan hệ nhiệt độ khí nồng độ chất gây hiệu ứng nhà kính khứ.Trong chu kì băng hà thứ tư, nhiệt độ khơng khí gần mặt đất thay đổi với biên độ lên đến 10o Tuy nhiên, nhiệt độ cực đại thời kì khơng q 4o so với nhiệt độ trung bình mặt đất SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga Những nghiên cứu nhiệt độ mặt đất chy kì xa trước cho thấy, có giai đoạn nhiệt độ trung bình mặt đất lên đến 22o, nghĩa cao nhiệt độ trung bình 8o Trong giai đoạn nóng kéo dài đến hàng chục triệu năm đó, băng cực tan hoàn toàn Theo kết tái diễn biến nhiệt độ khí sống thời kì có nhiệt độ cao thiên niên kỉ qua Sự ấm lên khí diễn hai giai đoạn, giai đoạn đầu từ năm 1910 đến năm 1945 giai đoạn sau từ năm 1976 đến Sự gia tăng nhiệt độ khí khoảng 1906 đến 2005 ước chừng 0,74o ± 0,18o Trong khoảng từ năm 1956 đến năm 2006, nhiệt độ tăng 0,65o Nhiệt độ trung bình mặt đất giai đoạn 2001 - 2007 14,44o, nghĩa tăng thêm 0,21o so với giai đoạn 1991 - 2000 Tốc độ gia tăng nhiệt độ trung bình khoảng 2,5o 100 năm Hình 1.2 Biến thiên nhiệt độ khí so với nhiệt độ trung bình 1961-1990 Nhiệt độ trung bình mặt đất từ năm 1856 đến 2005 biểu diễn hình 1.2 Ngồi ra, ta theo dõi mười năm có nhiệt độ chênh lệch cao từ năm 1998 đến 2008 bảng thống kê bên dưới: Bảng 1.1 Mười năm gần có chênh lệch nhiệt độ cao so với nhiệt độ trung bình giai đoạn 1961-1990 (oC) Năm 1998 2005 2003 2002 2004 2006 2001 2007 1997 2008 Δθ 0,55 0,48 0,47 0,46 0,45 0,42 0,41 0,4 0,35 0,32 SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga Sự gia tăng nhiệt độ khứ gây trình tự nhiên ngày nhiệt độ gia tăng chủ yếu hoạt động người Cân nhiệt đất đảm bảo hệ thống khơng tích lũy lượng thặng dư từ Mặt Trời Ban ngày xạ mặt trời hấp thụ khí quyển, đại dương đại lục, ban đêm thành phần truyền ngược xạ không gian vùng hồng ngoại Các tia xạ hồng ngoại đến lượt bị hấp thụ mây số chất khí có mặt khí Các chất khí gây hiệu ứng nhà kính phản xạ lại phần xạ mặt đất làm nóng lớp khí Đó hiệu ứng nhà kính Khơng có hiệu ứng này, nhiệt độ trung bình mặt đất -18o thay +15o Hiệu ứng nhà kính tượng thiếu hành tinh xanh Tuy nhiên, tác động vượt q mức cho phép gây hậu nghiêm trọng mơi trường Hình 1.3 Biến thiên nhiệt độ trung bình khí gần mặt đất nồng độ CO2 tương ứng Trong số chất khí gây nên hiệu ứng nhà kính C𝑂2 chiếm tỷ trọng cao Từ bắt đầu thời kỳ công nghiệp đến (khoảng 200 năm), phát thải C𝑂2 vào bầu khí khơng ngừng gia tăng Nồng độ C𝑂2 tăng 35% so vời thời kỳ tiền công nghiệp, vượt xa nồng độ chúng 600000 năm trước (hình 1.3) Nồng độ C𝑂2 tăng từ 280 ppm thời kỳ tiền công nghiệp đến 379 ppm vào năm 2005 Mức tăng trung bình C𝑂2 +1,5 ppm/năm khoảng 1970 đến 2000 +2,1 ppm/năm khoảng 2000 đến 2007 Các hoạt động người sử dụng nhiên liệu hóa thạch, phá rừng… sản sinh năm tỉ cacbon Tính tốn diễn biến nồng độ C𝑂2 khí theo kịch khác cho thấy, nồng độ đạt cân ổn định khoảng 500ppm trường hợp từ bây SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga ... 18 1.5 Xe gắn máy hybrid .21 Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẢI TẠO XE GẮN MÁY CUB 50 THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID 23 2.1 Thiết kế cải tạo xe gắn máy có sẵn thành xe gắn máy hybrid. .. tích lựa chọn loại xe gắn máy để cải tạo 23 2.1.2 Phân tích phương án lắp đặt động nhiệt động điện .23 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid 2.1.3 Thiết kế bố trí lắp đặt... việc động xe gắn máy 46 2.3.1.2 Các đường đăc tính động xe gắn máy 49 2.3.2 Phân tích đặc tính làm việc động điện BLDC 56 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid