Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động cơ điện với động cơ xăng

1 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ô tô phương tiện vận tải chở người hàng hóa, có vai trị quan trọng đời sống Có nhiều loại tơ Người ta phân loại ô tô theo nhiều cách, thông thường vào công dụng, loại nhiên liệu dùng cho động cơ, tải trọng… Ở nước phát triển, chạy đua tìm nguồn lượng cho tơ nói chung xuất từ lâu, đứng đầu danh sách ô tô chạy điện ô tô lai, ô tô chạy pin nhiên liệu Mặt khác việc hoà nhập kinh tế với giới nảy sinh vấn đề tiêu chuẩn khí thải xe ô tô cho phù hợp với quy định chung giới Nếu nhập xe từ nước khác làm thị phần sản phẩm công nghiệp quan trọng đất nước Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng nước có ý nghĩa thiết thực cấp bách nước ta Với ô tô cỡ nhỏ người ta thường sử dụng động xăng Nhưng có nhược điểm xăng ngày khan hiếm, mặt khác làm việc lại gây nhiễm mơi trường Vì lẽ mà năm gần loại ô tô sử dụng động điện đời Ơ tơ sử dụng động điện làm việc êm dịu, không gây nhiễm mơi trường nên có xu hướng phát triển Nhưng có nhược điểm hạn chế tốc độ thời gian sử dụng nên xa Vì người ta mong muốn có dạng xe ô tô sử dụng động điện ắc quy hết điện tiếp tục hành trình chuyển sang làm việc với động xăng Xuất phát từ u cầu đó, tơi thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động điện với động xăng” 2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động điện với động xăng để chở người hàng hóa loại đường Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3.1 Ý nghĩa khoa học Kết tính tốn xác định thơng số kỹ thuật phù hợp góp phần hồn thiện mẫu xe tơ cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động điện với động xăng 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ phục vụ việc lại thân, gia đình vận chuyển hành khách cần thiết với quãng đường, tiết kiệm chi phí, gây tiếng ồn nhiễm môi trường Chương TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Ơ TƠ DÙNG ĐỘNG CƠ XĂNG Hình 1.1 Ơ tô sử dụng động xăng 1.1.1 Cấu tạo chung ô tô dùng động xăng [7] Cấu tạo chung ô tô dùng động xăng gồm bốn phần chính: Động cơ, khung gầm, thùng xe, trang bị làm việc 1.1.1.1 Động Động nguồn động lực cung cấp lượng để ô tô hoạt động Động thường dùng ô tô cỡ nhỏ động xăng kỳ Các phận động xăng gồm có: + Hệ thống biên tay quay, bao gồm thân động cấu biên tay quay, có nhiệm vụ thực chu trình làm việc động biến chuyển động tịnh tiến pít tơng thành chuyển động quay trục khuỷu; + Hệ thống phân phối khí, bao gồm cấu phân phối khí số chi tiết khác có nhiệm vụ kịp thời đóng, mở cửa nạp cửa xả để nạp đầy hỗn hợp đốt vào xy lanh xả khí làm việc theo trật tự làm việc động cơ; + Hệ thống cung cấp hỗn hợp đốt có nhiệm vụ cung cấp đầy đủ lúc lượng hỗn hợp đốt có thành phần thích hợp với chế độ làm việc động cơ; + Hệ thống làm mát có nhiệm vụ dẫn nhiệt từ chi tiết máy bị đốt nóng động ngồi, nhằm đảm bảo trạng thái nhiệt bình thường động cơ; + Hệ thống bơi trơn có nhiệm vụ cung cấp liên tục dầu bôi trơn với lượng cần thiết nhiệt độ áp suất định cho bề mặt ma sát chi tiết máy động làm việc; + Hệ thống đốt cháy có nhiệm vụ tạo tia lửa điện để dốt cháy hỗn hợp đốt buồng đốt động thời điểm cần thiết; + Hệ thống khởi động có nhiệm vụ quay trục khuỷu động với tốc độ cần thiết để khởi động (thực chu trình làm việc động cơ) 1.1.1.2 Khung gầm ô tô Kết cấu chung phần khung gầm ô tô bao gồm hệ thống sau: - Hệ thống truyền lực: dùng để truyền momen quay từ động đến bánh chủ động xe ô tô Hệ thống truyền lực gồm có: ly hợp, hộp số, truyền lực đăng, truyền lực với hộp vi sai; - Hệ thống di động dùng để nhận phân bố trọng lượng xe ô tô lên đường biến chuyển động quay bánh xe chủ động thành chuyển động tịnh tiến xe ô tô Hệ thống di động gồm có: cầu trước, cầu sau, cấu treo, phận giảm xốc bánh xe; - Hệ thống lái dùng để trì chuyển động xe tô theo hướng định thay đổi hướng chuyển động cần thiết cách quay vịng bánh dẫn hướng Hệ thống lái gồm có: cấu lái cấu dẫn động lái; - Hệ thống phanh dùng để giảm bớt tốc độ dừng hẳn cách nhanh chóng xe chuyển động, đồng thời giữ xe đứng yên chỗ cần thiết Hệ thống phanh bao gồm: phận làm việc, phận truyền động phận điều khiển 1.1.1.3 Thùng xe Thùng xe dùng người lái hành khách ngồi hay để chất hàng hóa Cấu tạo thùng xe tùy thuộc vào công dụng xe ô tô Đối với ô tô xăng cỡ nhỏ có thùng xe kín, phía lắp sẵn số ghế ngồi theo quy định 1.1.1.4 Trang bị làm việc Trang bị làm việc ô tô bao gồm hệ thống chiếu sáng (các loại đèn) báo hiệu (còi), hệ thống làm mát sưởi ấm, cấu gạt nước chắn gió trang bị khác 1.1.2 Nguyên lý làm việc động xăng [6] Động xăng gồm hai loại: Động xăng kỳ động xăng kỳ Ơ tơ cỡ nhỏ thường dùng động xăng kỳ Động xăng kỳ loại động mà chu trình làm việc thực lần chuyển động tịnh tiến qua lại pít tơng, tương ứng với hai vịng quay trục khuỷu 1.1.2.1 Q trình nạp (cịn gọi q trình hút) Pít tơng chuyển động từ chết (TCT) đến chết (TCD), tương ứng trục khuỷu quay góc từ - 1800 Thể tích xy lanh tăng lên áp suất từ từ giảm xuống, đến mức nhỏ áp suất khí Xu páp nạp tác động cấu phân phối khí mở (xu páp xả đóng) Do áp suất bên xy lanh động nhỏ áp suất bên nên hỗn hợp xăng khơng khí từ chế hịa khí hút qua cửa nạp vào xy lanh động Đối với động phun xăng điện tử vịi phun xăng phun lượng xăng cần thiết theo dịng khí nạp vào xy lanh 1.1.2.2 Q trình nén cháy Pít tơng chuyển động từ TCD đến TCT, tương ứng trục khuỷu quay góc 180 – 3600 Xu páp nạp đóng lại, hỗn hợp đốt xy lanh bắt đầu bị nén Thể tích xy lanh giảm áp suất tăng dần lên Khi pít tơng đến gần TCT hỗn hợp đốt đốt cháy tia lửa điện xuất bugi Khi hỗn hợp đốt cháy, áp suất nhiệt độ xy lanh tăng vọt lên 1.1.2.3 Quá trình dãn (cịn gọi q trình sinh cơng) Dưới tác dụng áp suất cao hỗn hợp đốt bị đốt cháy, pít tơng bị đẩy từ TCT đến TCD nhờ cấu biên tay quay, chuyển động tịnh tiến pít tơng biến thành chuyển động quay trục khuỷu, tương ứng góc quay từ 360 – 5400 Trong trình này, lượng nhiệt biến thành lượng học nên gọi trình sinh cơng 1.1.2.4 Q trình xả (cịn gọi q trình thốt) Pít tơng chuyển động từ TCD đến TCT, tương ứng với trục khuỷu quay góc 540 – 7200 Ở q trình xu páp nạp đóng xu páp xả mở ra, pít tơng đẩy khí làm việc (cịn gọi khí xả) bên ngồi Sau q trình xả, pít tơng lại chuyển động từ TCT đến TCD, xu páp nạp lại mở trình nạp hỗn hợp đốt lại tiếp tục thực cho chu trình làm việc 1.1.3 Ưu, khuyết điểm ô tô dùng động xăng kỳ 1.1.3.1 Ưu điểm Cấu tạo động xăng đơn giản, có kích thước trọng lượng nhỏ Mặt khác áp suất xy lanh nhỏ nên hoạt động êm dịu dễ khởi động Nếu so với động xăng kỳ có hiệu suất nhiệt cao tuổi thọ lớn 1.1.3.2 Khuyết điểm So với động diedel động xăng có chi phí nhiên liệu riêng cao (động diedel 220 – 310 g/kWh, động xăng 270 – 400 g/kWh) hiệu suất nhiệt thấp ( động diedel đạt 35 – 40%, động xăng 30 – 35%) Ơ tơ dùng động xăng thải khí xả gây nhiễm mơi trường, gây hiệu ứng nhà kính, dẫn đến biến đổi khí hậu tồn cầu 1.1.4 Tình hình sử dụng tô động xăng cỡ nhỏ Việt Nam giới 1.1.4.1 Tình hình sử dụng tơ động xăng cỡ nhỏ Việt Nam Trước năm 1990, Việt Nam chủ yếu nhập ô tô từ nước xã hội chủ nghĩa Thời gian doanh nghiệp đầu tư lắp ráp, sản xuất ô tô Các doanh nghiệp khí lớn Việt Nam chủ yếu làm công việc sửa chữa đại tu xe Do số lượng người dân Việt Nam có đủ điều kiện để sở hữu xe ô tô vào thời gian thấy Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam thực hình thành từ năm 1990, Chính phủ cho phép doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngồi sản xuất, lắp ráp ô tô Việt Nam công ty Honda, Toyota, Hyundai, Isuzu, Kia, LandRover, Lexus, Mazda, Mercedes Benz, Mitsubishi Cho đến thời điểm tại, phải nói nhu cầu sử dụng ô tô người dân có xu hướng tăng cao Nhiều người có thu nhập trở lên sử dụng ô tô làm phương tiện để lại thay cho xe máy xe đạp 1.1.4.2 Tình hình sử dụng ô tô động xăng cỡ nhỏ giới Chiếc ô tô chạy động xăng (động Otto) Karl Benz phát minh Đức năm 1885 Mặc dù Karl Benz công nhận người sáng tạo xe đại, nhiều kỹ sư người Đức khác làm việc để chế tạo ô tô khác thời gian Các nhà phát minh là: Karl Benz, người cấp sáng chế ngày 29 tháng năm 1886 Mannheim cho ô tô ông chế tạo năm 1885 Gottlieb Daimler Wilhelm Maybach Stuttgart năm 1886 Hiện nay, nước có cơng nghiệp phát triển Mỹ, Nhật, Đức, Anh, Nga, Pháp hàng năm có hàng trăm triệu xe ô tô với hàng chục chủng loại đời Ơ tơ gần phương tiện giao thông phổ biến người nước phát triển 1.2 Ô TÔ DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN Động điện chiều có số ưu điểm: vận hành nhẹ nhàng, tăng tốc giảm tốc thời gian ngắn; hiệu suất cao kết cấu gọn nhẹ Với tính bật nên ô tô thường sử dụng động điện chiều (DC) không chổi than BLDC (Brushles Dc motor) 1.2.1 Cấu tạo chung ô tô dùng động điện Cấu tạo chung ô tô dùng động điện gồm bốn phần chính: Động điện ắc quy, khung gầm, thùng xe trang bị làm việc Hình 1.2 Ơ tơ điện sử dụng số đô thị, khu du lịch Việt Nam Hình 1.3 Ơ tơ điện sử dụng sân golf 1.2.1.1 Động điện ắc quy - Động điện dùng cho ô tô cỡ nhỏ loại động điện không chổi than BLDC, sử dụng điện từ ắc quy Hình 1.4 Động điện BLDC thiết bị phụ - Ắc quy dùng cho tơ điện thường ắc quy chì acid Việt Nam sản xuất nhập từ nước ngồi: 1.2.1.2 Khung gầm tơ điện Kết cấu chung phần khung gầm ô tô điện bao gồm hệ thống sau: - Hệ thống truyền lực: dùng để truyền momen quay từ động điện đến bánh chủ động xe ô tô điện Hệ thống truyền lực gồm có: ly hợp, hộp số, truyền lực đăng (xe điện đời nhất), truyền lực với hộp vi sai; - Hệ thống di động dùng để nhận phân bố trọng lượng xe ô tô điện lên đường biến chuyển động quay bánh xe chủ động thành chuyển động tịnh tiến xe ô tô điện Hệ thống di động gồm có: cầu trước, cầu sau, cấu treo, phận giảm xóc bánh xe; - Hệ thống lái dùng để trì chuyển động xe tô điện theo hướng định thay đổi hướng chuyển động cần thiết cách quay vịng bánh dẫn hướng Hệ thống lái gồm có: cấu lái cấu dẫn động lái; - Hệ thống phanh dùng để giảm bớt tốc độ dừng hẳn cách nhanh chóng xe chuyển động, đồng thời giữ xe đứng yên chỗ cần thiết Hệ thống phanh bao gồm: phận làm việc, phận truyền động phận điều khiển 10 1.2.1.3 Thùng xe Thùng xe dùng người lái hành khách ngồi Cấu tạo thùng xe giống thùng xe ô tô sử dụng động xăng cỡ nhỏ 1.2.1.4 Trang bị làm việc Trang bị làm việc ô tô điện bao gồm hệ thống chiếu sáng (các loại đèn) báo hiệu (cịi), cấu gạt nước chắn gió trang bị khác 1.2.2 Nguyên lý làm việc động điện chiều không chổi than BLDC [10] Động BLDC dạng động đồng Tuy nhiên động BLDC kích từ loại nam châm vĩnh cửu dán rotor - Rotor động BLDC nam châm vĩnh cửu; - Stator gồm ba cuộn A, B, C móc nối với hình 1.6: Hình 1.5 Rotor Stator động điện BLDC Hình 1.6 Các cuộn dây stator 46 - Công đoạn 3: Chế tạo thùng xe lắp đặt ghế ngồi + Chế tạo thùng xe; Hình 3.19 Chế tạo thùng xe + Lắp đặt ghế ngồi - Công đoạn 4: Lắp đặt trang bị làm việc + Lắp hệ thống điện + Lắp hệ thống tín hiệu, báo hiệu Hình 3.20 Lắp đặt hệ thống điện 47 Ở sử dụng bàn đạp ga động xăng với bàn đạp điều khiển biến trở xe chạy động điện Hình 3.21 Mẫu xe tơ sử dụng kết hợp động điện động xăng 3.4 CHẠY THỬ NGHIỆM MẪU XE Sau chế tạo xong mẫu ô tô, cho ô tô chạy thử nghiệm nguồn động lực động điện sau chuyển sang động xăng 3.4.1 Sử dụng nguồn động lực động điện - Chúng cho mẫu xe chạy thử 50km, tải trọng trung bình, với tốc độ từ thấp lên cao, kết sau: + Ơ tơ hoạt động ổn định, tốc độ thay đổi cách êm dịu đạt tối đa 40km/h; 48 + Hệ thống truyền lực di động làm việc bình thường; + Hệ thống lái hoạt động ổn định, chắn sau cân chỉnh; + Hệ thống phanh với lực đạp vừa phải hoạt động ổn định hiệu quả; + Các cấu khác xe hoạt động ổn định, chắn; + Các trang bị làm việc hoạt động bình thường Hình 3.22 Chạy thử nghiệm xe nguồn động lực động điện 3.4.2 Sử dụng nguồn động lực động xăng Hình 3.23 Chạy thử nghiệm xe nguồn động lực động xăng 49 + Khi vận hành số 1, xe chuyển động mạnh mẽ, tốc độ đến km/h, xe có rung tiếng máy nổ; + Khi vận hành số 3, xe đạt tốc độ từ 10 đến 30 km/h, độ rung chuyển xe giảm so với ban đầu, tiếng máy tương đối êm dịu; +Khi vận hành số 4, xe chuyển động ổn định, êm dịu; + Mức chi phí nhiên liệu riêng q trình chạy thử xe khoảng 320g/kWh 3.4.3 Sơ nhận xét Sau chạy thử mẫu xe động điện, sau chuyển đổi sang động xăng, nhận xét sơ sau: - Xe chạy động điện hay động xăng ổn định, chuyển đổi làm việc dễ dàng, thuận tiện, thay đổi tốc độ cách êm dịu Khi xe chạy tiến đạt tốc độ tối đa 40km/h, xe chạy lùi đạt tốc độ tối đa 5km/h; - Hệ thống lái làm việc nhẹ nhàng, xác; - Hệ thống phanh làm việc chắn, an toàn; - Sơ tình tốn chi phí cho phần lượng xe chạy động điện là: 35.000 đồng/100km Và chạy động xăng 56.000 đồng/100km (tương đương 3,5 lít xăng/100km) Những hạn chế xe + Hệ thống truyền lực tận dụng chi tiết máy cũ có độ rơ tương đối lớn nên tăng giảm tốc chạy tốc độ cao xuất tiếng kêu nhỏ; + Do xe tự chế tạo nên tốc độ xe đạt tối đa 40km/h; + Trang bị làm việc chưa đầy đủ hình thức cịn hạn chế 50 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Qua trình thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động điện với động xăng”, thực số nội dung chủ yếu sau đây: - Đã nghiên cứu tìm hiểu loại ô tô cỡ nhỏ sử dụng động xăng, động điện, động Hybrid giới Việt Nam; - Đã nghiên cứu lựa chọn mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động điện với động xăng phù hợp với hoàn cảnh thân; - Đã tính tốn xác định công suất nguồn động lực cho xe; - Đã chế tạo mẫu xe cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động điện động xăng; - Qua chạy thử nghiệm, nhận thấy xe điều khiển nhẹ nhàng chuyển động ổn định, an toàn với tốc độ tối đa đạt 40km/h hai nguồn động lực điện xăng Tuy nhiên thời gian kinh phí có hạn nên mẫu xe cịn có số hạn chế định 4.2 ĐỀ NGHỊ - Đề nghị quan có thẩm quyền tỉnh Thừa Thiên Huế quan tâm cho phép sản xuất thử nghiệm để tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động điện với động xăng phục vụ du khách 51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Nguyễn Ngọc Am (dịch từ tiếng Nga) (1989), Ơ tơ Nhà xuất Cơng nhân Kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Minh Thái, Nguyến Văn Tài, Dư Quốc Thịnh (1978), Lý thuyết ô tô máy kéo Nhà Xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội [3] Hồ Sĩ Xuân Diệu (2009), Nghiên cứu thiết kế hệ thống động lực ô tô hybird chỗ ngồi ứng dụng LPG Luận án Tiến sỹ kỹ thuật [4].Trần Hữu Đức (dịch từ tiếng Nga) (1986), Cấu tạo ô tô Nhà xuất Công nhân kỹ thuật, Hà Nội [5] Phan Thành Đường, Phạm Văn Cảnh (2003) Hướng dẫn sử dụng, sửa chữa xe Honda đời Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [6] Phan Hịa (2005), Giáo trình Động đốt Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội [7].Phan Hịa, Đinh Vương Hùng (2008), Giáo trình điện nơng nghiệp [8] Nguyễn Tất Tiến (200), Nguyên lý động đốt Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Website [9].http://xehoi.odau.com/tin-tuc/item/3-cau-tao-o-to-co-ban [10] http://tudonghoa68.blogspot.com/2015/06/nguyen-ly-lam-viec-brushless-dc- motor.html [11].http://automation.net.vn/Cong-nghe-Ung-dung/Tong-quan-tinh-hinh-nghien -cuuo-to-dien-tren-the-gioi-va-tai-Viet-Nam.html [12].http://www.hit.edu.vn/tin-tuc-cong-nghe/cong-nghe-o-to73827326/cong-nghe-xeo-to-hybrid.html [13].http://khoahocviet.info/meresci/vi/meresci01.html [14].http://doc.edu.vn/tai-lieu/tieu-luan-danh-gia-tac-dong-moi-truong-phuong-phapchuyen-gia-10788/ 52 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO MẪU XE Hình Gia cơng trục bánh trước máy tiện Hình Kiểm tra hệ thống điện 53 Hình Lắp đặt bình xăng Hình Chế tạo khung thùng xe 54 Hình Chế tạo thùng xe Hình Gia cơng khung gầm xe 55 Hình Chế tạo hộp chuyển đổi truyền động kết hợp số lùi Hình Lắp ráp hộp chuyển đổi truyền động kết hợp số lùi lên xe 56 Hình Lắp động điện lên xe Hình 10 Lắp phận giảm xốc 57 Hình 11 Lắp ống dẫn nhiên liệu Hình 12 Lắp ghế ngồi trước 58 Hình 13 Lắp băng ghế ngồi phía sau Hình 14 Lắp nắp ca pơ 59 Hình 15 Kiểm tra an tồn hệ thống làm việc xe Hình 16 Người HDKH học viên đứng bên cạnh sản phẩm nghiên cứu 60 THÊM THÔNG TIN CÁ NHÂN - Tên : Nguyễn Phước Vĩnh Nguyên - Email : npvinhnguyen1982@gmail.com - Số ĐT : 090565 9988 - Địa liên lạc đơn vị công tác: Trường Trung Cấp Nghề Huế 119 Vạn Xuân – Kim Long – TP Huế ĐT: 0543.547077 ... sử dụng động điện - Xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng động xăng - Xe Hybird - Xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động điện với động xăng 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu - Các loại ô tô điện ô tô xăng cỡ nhỏ có thị trường,... thiết kế chế tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động điện với động xăng? ??, thực số nội dung chủ yếu sau đây: - Đã nghiên cứu tìm hiểu loại ô tô cỡ nhỏ sử dụng động xăng, động điện, động Hybrid... biến trở xe chạy động điện Hình 3.21 Mẫu xe ô tô sử dụng kết hợp động điện động xăng 3.4 CHẠY THỬ NGHIỆM MẪU XE Sau chế tạo xong mẫu ô tô, cho ô tô chạy thử nghiệm nguồn động lực động điện sau