Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập lớn động cơ Hybrid cung cấp các kiến thức nền tảng, cơ bản phân loại các loại động cơ Hybrid, cơ cấu dẫn động. Phân tích tính toán công suất, momen động cơ Hybrid, tính toán lực kéo khi chỉ sử dụng động cơ điện. Qua đó hiểu hơn về động cơ Hybrid đang ngày càng phổ biến trên thị trường Việt Nam
LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại mà q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa diễn nơi toàn cầu ngày nay, nhu cầu lượng vô to lớn Trong tương lai khơng xa nguồn nhiên liệu hóa thạch bị người khai thác cạn kiệt, bên cạnh việc khai thác sử dụng lượng hóa thạch gây ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái, ô nhiễm không khí.làm thay đổi khí hậu trái đất, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người Chính thế, việc tiết kiệm nhiên liệu lượng đồng thời giảm ô nhiễm môi trường yêu cầu hàng đầu đặt cho quốc gia ngành công nghiệp, đặc biêt ngành công nghiệp ôtô vốn yêu cầu phải thay đổi ngày Giải pháp đưa kết hợp cách linh hoạt động xăng, động điện cấu giúp bảo tồn chuyển đổi lượng cách hiệu Chính mà tô hybrid đời giải phần vấn đề Tiết kiện đáng kể lượng hóa thạch tơ hybrid gây nhiễm mơi trường Qua mơn học Ơ Tơ hybrid hướng dẫn tận tình thầy giáo TS …, chúng em hiểu nhiều kiến thức từ môn học nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực động nhiệt chuyên ngành ô tô, phát triển nâng tầm cao dịng tơ mà trước chưa có kết hợp công suất ô tô hybrid đại Sau có số liệu tính tốn chúng em tiến hành hoàn thành báo cáo, hồn thành khơng thể khơng mắc số sai sót, mong thầy dẫn cho chúng em thêm Sau cùng, em xin gửi lời chúc sức khỏe đến thầy gia đình, chúc thầy ln thành cơng cơng việc giảng dạy công tác trường Đà nẵng, ngày 29 tháng 11 năm 2017 Ký tên PHẦN : TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID 1.1 Khái niệm xe chạy hybrid Về bản, xe điện cần thiết để phát triển hiệu để đáp ứng nhu cầu Mang lại nguồn lượng hiệu để hỗ trợ người lái phạm vi định Chứng minh hiệu cao phát thải chất nhiễm mơi trường nói chung xe có nhiều nguồn lượng chuyển đổi lượng ( nguồn điện ) Chẳng hạn hệ thống động xăng ( diesel ), tế bào nhiên liệu hydro- điện Pin hóa học- động điện Một xe có hai nhiều nguồn lượng chuyển đổi lượng gọi xe hybrid Một xe hybrid với truyền điện ( chuyển đổi lượng nguồn lượng) gọi HEV Một xe hybrid thường bao gồm không nhiều hai truyền Hơn hai cấu hình phức tạp hệ thống Xe hybrid thường có nguồn lượng chuyển đổi hai chiều Hình 1.1 cho thấy khái niệm động hybrid dịng cơng suất khác Hình 1.1: sơ đồ minh họa 1.2 Cấu trúc xe điện hybrid cấu trúc xe hybrid xác định cách lỏng lẻo kết nối thành phần mà xác định luồng cơng suất kiểm sốt luồng Theo truyền thống, HEVs phân loại thành loại bản: hybrid kiểu nối tiếp hybrid kiểu song song Hình 1.2: phân loại xe oto hybrid 1.3 Cấu trúc hybrid kiểu nối tiếp Cấu trúc hybrid kiểu nối tiếp cấu trúc mà có hai nguồn lượng cấp cho động ( động điện) để đẩy xe Phổ biến loại hybrid nối tiếp trình bày sơ đồ hình 1.3 Nguồn lượng gián tiếp thùng nhiên liệu chuyển đổi lượng gián tiếp động với máy phát điện Đầu máy phát điện nối với nguồn điện xe buýt thông qua chuyển đổi điện tử ( chỉnh lưu) Nguồn lượng hai chiều pin điện hóa kết nối với xe buýt lượng chuyển đổi (chuyển đổi DC/DC) Nguồn điện kết nối với điều khiển động điện Máy kéo điều khiển động máy phát điện, phía trước ngược lại Loại cần sạc pin để sạc pin từ lưới điện Loại có chế độ hoạt động sau: - - chế độ điện : động bị tắt xe chạy pin Chế độ động : lượng kéo xe từ động cơ- máy phát điện Trong pin không cung cấp, không cho lượng đến xe Máy điện phục vụ nguồn điện truyền từ động đến bánh xe dẫn hướng Chế độ hybrid : nguồn điện kéo lấy từ động cơ- máy phát điện pin Chế độ động kéo pin nạp: động cơ- máy phát cung cấp lượng để nạp pin kéo xe - Chế độ phanh tái tạo : động cơ- máy phát tắt motor kéo hoạt động máy phát Năng lượng tạo sử dụng để nạp pin Chế độ sạc pin: moto kéo không nhận lượng động cơ- máy phát nạp pin Chế độ nạp pin hybrid: hai động cơ- máy phát mô tơ kéo hoạt động máy phát điện để nạp cho pin Lợi hybrid kiểu nối tiếp: - - - Động hồn tồn khí tách từ bánh xe hướng Do đó, vận hành điểm đồ đặc trưng tốc độ - momen xắn có khả hoạt động tối đa hiệu minh họa hình Hiệu phát thải động cải thiện thiết kế tối ưu kiểm soát khu vực hẹp Một khu vực hẹp cho phép cải tiến lớn so với tối ưu hóa phạm vi tồn Hơn nữa, tách khí động từ bánh xe điều khiển cho phép sử dụng động tốc độ cao Điều làm cho khó khăn cho bánh xe trực tiếp thơng qua liên kết khí, chẳng hạn tua bin khí động cơ, với động thái chậm động Stirling Bởi động điện có đặc trưng momen- tốc độ gần lý tưởng chúng không cần phải có nhiều bánh truyền động, thiết kế đơn giản giảm chi phí Hơn thay sử dụng động bánh vi sai Hai động dùng, nguồn dùng cho bánh xe Điều cung cấp tốc độ rời bánh xe hoạt động bị hạn chế trượt vi sai cho mục đích kiểm sốt lực kéo Sàng lọc cuối sử dụng bốn động cơ, làm cho xe tất bánh mà khơng có chi phí phức tạp khố ổ trục chạy qua khung Kiểm soát chiến lược đơn giản kết khí tách rời cung cấp cho việc truyền tải điện Tuy nhiên có hạn chế sau: - - Năng lượng từ động chuyển hai lần (cơ khí đến điện máy phát điện động điện cho khí lực kéo) Thiếu hiệu máy phát điện động kéo thêm thiệt hại đáng kể Máy phát điện làm tăng trọng lượng chi phí Động kéo phải có kích thước đáp ứng tối đa u cầu động thúc đẩy xe 1.4 xe hybrid cấu trúc kiểu song song Kiểu song song kiểu mà động cung cấp cơng suất khí đến bánh xe xe điện thơng thường Nó hỗ trợ động điện, Máy móc với việc truyền tải Công suất động động điện kết hợp với khớp nối khí, minh hoạ hình Hình 1.3 : sơ đồ cấu trúc xe hybrid kiểu song song kết hợp công suất động mô tơ điện chỗ cho số cấu hình khác nhau, chi tiết sau 1.4.1 momen xoắn xe hybrid cấu trúc song song Các khớp nối khí hình 1.5 mơ-men xoắn- khớp nối tốc độ Các khớp nối mô-men xoắn thêm lực động mô tơ điện với chia tách động mô-men xoắn- khớp nối thành hai phần: kéo sạc pin Hình 1.4 cho thấy thiết bị mơ-men xoắn- khớp nối, có hai đầu vào Một từ động từ động điện Mô-men xoắn khớp nối đầu cho truyền động khí Nếu tổn thất bỏ qua, đầu mô-men xoắn- khớp nối tốc độ mơ tả bởi: Tout = k1.Tin1+k2.Tin2 (1) Trong đó: k1 k2 số xác định thơng số mơ-men xoắn Hình 1.5 liệt kê số thiết bị khí thường sử dụng mơ-men xoắn Hình 1.4 Torque coupling device Hình 1.5 thiết bị thường sử dụng momen xoắn khớp nối Hình 1.6 cho thấy thiết kế cấu hình hai trục, mà hai truyền sử dụng: đặt động khớp nối mô-men xoắn khác đặt động mô-men xoắn khớp nối Cả hai truyền nhiều cặp bánh Hiệu suất tổng thể hiệu vận hành vượt trội so với thiết kế khác, hai bánh truyền cung cấp nhiều hội cho động hệ thống điện (máy điện pin) hoạt động họ vùng tối ưu Thiết kế cung cấp tính linh hoạt tuyệt vời thiết kế đặc tính cơng động điện Hình 1.6 cấu hình trục Các cấu hình số lái điều khiển hai trục song song lai thể hình 1.7 truyền nằm khớp nối mô-men xoắn trục.chức truyền tải để tăng cường lực mô tơ điện với quy mô tương tự Thiết kế không đổi k1 k2 khớp nối mô-men xoắn cho phép động điện có phạm vi tốc độ khác so với động cơ; đó, động tốc độ cao sử dụng Cấu hình phù hợp trường hợp động tương đối nhỏ động điện sử dụng rộng rãi hộp giảm tốc cần thiết để tăng cường hiệu kéo tốc độ thấp Hình 1.7 Cấu hình trục PHẦN 2: TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ LIÊN QUAN ĐẾN Ơ TƠ HYBRID Số liệu cho đầu bài: + Trọng lượng toàn xe: Ga= 2,4 tấn= 23544[N] + Tốc độ lớn xe: Vmax= 164[km/h]= 45,6[m/s] + Tỉ số phân chia cơng suất điện/ nhiệt: 38/62 [%] + Bán kính làm việc bánh xe: Rbx= 0,35[m] + Tốc độ động đốt trong/ động điện: 6500/4000 [vòng/phút] 2.1 Tính cơng suất tổng hai nguồn động lực - Hệ số cản lăn f: f = 32 + Vmax = 0, 0277 2800 - Hệ số cản khơng khí k: k=0,2[Ns2/m4] - Diện tích cản diện: A=2[m2] - Hiệu suất truyền động: η = 0,9 - Công suất tổng Nedc: N edc [G f + k AV max ].Vmax [23544.0, 0277 + 0, 2.2.45, ].45, = = = 75027, 72 η 0,9 - Công suất cực đại theo vận tốc lớn NeVmax: N eV max ω N ω = e max a + b e max + c. e max ωN ωN ωN λv = Đặt N eV max = ωe max ωN ta có: [ ] N e max a + b.λv + c.λv ωe max ωN ( N eV max = N e max λv a + b.λv + c.λv Suy ra: ) .ωe max [W] N e max = N eV max λv a + b.λv + c.λv ( ) Đối với động xăng ta có: a=1; b=1; c=-1; chọn N e max = 75027, 72 = 75027, 72 ( + 1.1 − 1.12 ) λv = [W] - Công suất cực đại động Nemax-dc: N e max_ dc = N e max 20% = 75027, 72.0, = 90033, 26 [W] 2.2 Chia công suất cho hai nguồn động lực + Công suất nguồn điện: N E = 20%.N e max_ dc = 0, 38.90033, 26 = 34212, 64 nN = 4000 [v/ph]; nB = 1100 [W] [v/ph] + Công suất nguồn động đốt trong: N e = 62%.N e max_ dc = 0, 62.90033, 62 = 55820, 62 nN = 6500 [v/ph]; nM = 3000 [W] [v/ph] 2.3 Tính tỉ số truyền giảm tốc truyền lực từ suy ra: Hình 2.1 Sơ đồ kết hợp công suất ô tô hybrid Tỉ số truyền giảm tốc igt: igt = n2 6500 = = 1, 625 n1 4000 Tỉ số truyền truyền lực i0: Vmax = Ta có: i0 = Suy ra: ω N λV Rbx i0 ω N λV Rbx π 6500.1.0,35 = = 3, 216 Vmax 30.45, 6.1, 625 2.4 Tính số cho kết hợp Ta có: Z a R1 N1 = = Z b R2 N R2 = R1 + 2.Rh Mà: 2.R2 = mn Z b 2.R1 = mn Z a 2.Rh = mn Z h Từ phương trình suy ra: Z b = Z a + 2.Z h Chọn Zh=18 (khơng bị cắt chân răng) ta có: Za N = Z a + 2.Z h N Suy ra: N1 34212, 64 2.Z h 2.18 N2 55820, 62 Za = = = 57 N1 34212, 64 1− 1− N2 55820, 62 Z b = 57 + 2.18 = 93 Vậy: + Khi khóa kết hợp thì: ikh=1 + Khi khơng khóa kết hợp thì: ikh = ikh1 = Za 57 +1 = + = 1, 613 Zb 93 Zb 93 +1 = + = 2, 63 Za 57 2.5 Tính lực kéo cho nguồn động đốt Tính momen Me động đốt theo công thức: Me = Ne λv ωe a + b.λv + c.λv ( ) [N.m] Tính lực kéo Fke động đốt theo công thức: Fke = M e igt ikh i0 ηt Rbx [N] Tính vận tốc Ve động đốt theo công thức: Ve = ωe Rbx igt ikh i0 [m/s] Từ kết tính ta lập bảng sau: lamda ωe Me Ve1 Fke1 Ve2 Fke2 0.05 34.02 85.95 1.41 1863.19 2.28 1155.18 0.1 68.03 89.43 2.82 1938.79 4.56 1202.05 0.15 102.05 92.51 4.24 2005.49 6.83 1243.40 0.2 136.07 95.18 5.65 2063.30 9.11 1279.25 0.25 170.08 97.43 7.06 2112.21 11.39 1309.57 0.3 204.10 99.28 8.47 2152.23 13.67 1334.39 0.35 238.12 100.72 9.89 2183.36 15.94 1353.68 0.4 272.13 101.74 11.30 2205.60 18.22 1367.47 0.45 306.15 102.36 12.71 2218.94 20.50 1375.74 0.5 340.17 102.56 14.12 2223.38 22.78 1378.50 0.55 374.18 102.36 15.53 2218.94 25.06 1375.74 0.6 408.20 101.74 16.95 2205.60 27.33 1367.47 0.65 442.22 100.72 18.36 2183.36 29.61 1353.68 0.7 476.23 99.28 19.77 2152.23 31.89 1334.39 0.75 510.25 97.43 21.18 2112.21 34.17 1309.57 0.8 544.27 95.18 22.60 2063.30 36.44 1279.25 0.85 578.28 92.51 24.01 2005.49 38.72 1243.40 0.9 612.30 89.43 25.42 1938.79 41 1202.05 0.95 646.32 85.95 26.83 1863.19 43.28 1155.18 680.333 82.05 28.24 1778.71 45.56 1102.80 Hình 2.2 Đồ thị lực kéo theo tốc độ động đốt 2.6 Tính lực kéo cho nguồn điện Tính momen Me động đốt theo cơng thức: ME = NE λv ω E a + b.λv + c.λv ( ) [N.m] Tính lực kéo Fke động đốt theo công thức: FkE = M E ikh i0 ηi Rbx [N] Tính vận tốc Ve động đốt theo công thức: VE = ω E Rbx ikh i0 [m/s] Tính cơng suất động điện: NE=ME ωE [W] Từ kết tính ta lập bảng sau: ωE lamda V_E2 Fk_E2 0.05 20.93 ME[Nm] 326.87 NE[W] 6842.53 V_E1 2.28 Fk_E1 2853.83 0.87 7510.09 0.10 41.87 326.87 13685.06 4.56 2853.83 1.73 7510.09 0.15 62.80 326.87 20527.58 6.83 2853.83 2.60 7510.09 0.20 83.73 326.87 27370.11 9.11 2853.83 3.46 7510.09 0.25 104.67 326.87 34212.64 11.39 2853.83 4.33 7510.09 0.30 125.60 272.39 34212.64 13.67 2378.20 5.19 6258.41 0.35 146.53 233.48 34212.64 15.94 2038.45 6.06 5364.35 0.40 167.47 204.30 34212.64 18.22 1783.65 6.92 4693.81 0.45 188.40 181.60 34212.64 20.50 1585.46 7.79 4172.27 0.50 209.33 163.44 34212.64 22.78 1426.92 8.66 3755.05 0.55 230.27 148.58 34212.64 25.06 1297.20 9.52 3413.68 0.60 251.20 136.20 34212.64 27.33 1189.10 10.39 3129.20 0.65 272.13 125.72 34212.64 29.61 1097.63 11.25 2888.50 0.70 293.07 116.74 34212.64 31.89 1019.23 12.12 2682.18 0.75 314.00 108.96 34212.64 34.17 951.28 12.98 2503.36 0.80 334.93 102.15 34212.64 36.44 891.82 13.85 2346.90 0.85 355.87 96.14 34212.64 38.72 839.36 14.71 2208.85 0.90 376.80 90.80 34212.64 41.00 792.73 15.58 2086.14 0.95 397.73 86.02 34212.64 43.28 751.01 16.45 1976.34 1.00 418.67 81.72 34212.64 45.56 713.46 17.31 1877.52 Hình 2.3 Đồ thị đặc tính lực kéo động điện theo vận tốc 2.7 Tính đặc tính lực kéo tổng hợp lực cản Ta có lực kéo tổng hai nguồn cơng suất: Fk = M i0 η Rbx [N] V= ω3 Rbx i0 Suy ra: [m/s] M = f (M , M ) ω3 = f (ω1 , ω2 ) η kh = Mà hiệu suất kết hợp: P3 ≈1 P1 + P2 ω1 = ω2 = ω3 ⇒ M + M = M Khi Suy ra: Fk = V= ( M + M ).i0 η η kh Rbx ω1.Rbx i0 Ta có: M = F1.R1 = M E M = F2 R2 = M e igt Suy ra: Fk = Fk = ( M E + M e igt ).i0 ikh η η kh Rbx M E i0 ikh ηt1 M e igt i0 ikh ηt + Rbx Rbx Fk = Fk ( E ) + Fk ( e ) Suy ra: FkΣ (v) = Fk ( E ) (v) + Fk ( e ) (v) [N] (7-1) Ta có cơng thức tính lực cản tổng hai nguồn công suất: Fc = G f + k A.v Fc = G.( 32 + v ) + k A.v 2800 [N] (7-2) Dựa vào công thức (7-1) (7-2) ta tính bảng số liệu sau: lamda 0.05 V_T Fk_Σ Fc 2.28 4009.02 290.30 0.10 4.56 4055.88 315.68 0.15 6.83 4097.24 345.21 0.20 9.11 4133.08 378.89 0.25 11.39 4163.41 416.72 0.30 13.67 3712.58 458.70 0.35 15.94 3392.14 504.83 0.40 18.22 3151.12 555.12 0.45 20.5 2961.20 609.55 0.50 22.78 2805.41 668.13 0.55 25.06 2672.94 730.87 0.60 27.33 2556.57 797.75 0.65 29.61 2451.31 868.79 0.70 31.89 2353.61 943.97 0.75 34.17 2260.85 1023.31 0.80 36.44 2171.07 1106.80 0.85 38.72 2082.77 1194.44 0.90 41 1994.78 1286.23 0.95 43.28 1906.19 1382.16 1.00 45.56 1816.26 1482.25 Hình 2.4 Đặc tính lực kéo tổng lực cản theo vận tốc 2.8 Tính thời gian tăng tốc ô tô Thời gian tăng tốc từ v=0 đến v=100[km/h] theo định nghĩa ta có: dv dv ⇒ dt = dt J J= Suy ra: tn Vn V0 t = ∫ dt = dv ∫ J (v ) Trong J(v) hàm gia tốc theo tốc độ Ta có: Fk = G f + k A.v + G dv δ i g dt Suy ra: dv Fk − Fω − G f g = dt G δi dv Fk − Fc g = dt G δi Trong δi (8-1) hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng quay chi tiết động cơ, chọn δ i = 1,05 Dựa vào cơng thức (8-1) ta tính giá trị bảng sau: lamda 0.05 V_E1 0.87 V_Σ 2.28 J_E1 2.93 J_Σ 1.50 0.10 1.73 4.56 2.92 1.51 0.15 2.60 6.83 2.92 1.52 0.20 3.46 9.11 2.92 1.52 0.25 4.33 11.39 2.91 1.52 0.30 5.19 13.67 2.40 1.32 0.35 6.06 15.94 2.03 1.17 0.40 6.92 18.22 1.76 1.05 0.45 7.79 20.5 1.54 0.95 0.50 8.66 22.78 1.37 0.86 0.55 9.52 25.06 1.22 0.79 0.60 10.39 27.33 1.10 0.71 0.65 11.25 29.61 1.00 0.64 0.70 12.12 31.89 0.91 0.57 0.75 12.98 34.17 0.83 0.50 0.80 13.85 36.44 0.76 0.43 0.85 14.71 38.72 0.70 0.36 0.90 15.58 41 0.64 0.29 0.95 16.45 43.28 0.59 0.21 1.00 17.31 45.56 0.54 0.14 Hình 2.5 Đồ thị gia tốc chuyển động ô tô Mặt khác: Vi t= Vi dv dv ∫V J (v) = V∫ J (v) dt 0 Suy ra: 1 .∆V + J (i ) J (i + 1) t=∑ i =1 nx (8-2) Dựa vào công thức (8-2) ta tính thời gian tăng tốc ứng với vận tốc khoảng từ đến 100[km/h] sau: lamda V(m/s) T(s) lamda V(m/s) t(s) 0.05 0.1 0.15 0.2 0.87 1.73 2.60 3.46 0.30 0.59 0.89 0.55 0.6 0.65 0.7 9.11 11.39 13.67 15.94 4.99 6.49 8.11 9.95 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 4.33 5.19 6.06 6.92 7.79 8.66 1.19 1.52 1.91 2.37 2.89 3.49 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 18.22 20.50 22.78 25.06 27.33 29.61 12.01 14.29 16.81 19.57 22.62 26.00 Vậy thời gian tăng tốc khoảng từ đến 100[km/h] ô tô khoảng 22,62 [s] Hình 1.6 Đồ thị thời gian tăng tốc ứng với tốc độ PHẦN KẾT LUẬN sau học làm tiểu luận ô tô hybrid em thực vấn đề sau: - Tính tốn cơng suất cho nguồn động lực Tính tỷ số truyền truyền lực chính, kết hợp Tính tốn lực kéo nguồn động lực Xác định đặc tính lực kéo tổng hợp lực cản Xác định thời gian tăng tốc ô tô Dịch tìm hiểu nguồn tài liệu tiếng anh ơtơ hybrid PHỤ LỤC [1] tài liệu dịch: dịch từ Chương 5, trang 118 sách ‘moder electric hybrid electric & fuel cell vehicles’ [2] Lý Thuyết Ơ Tơ Máy Kéo Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh,Phạm Minh Thái,Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Hằng [3] moder electric hybrid electric & fuel cell vehicles Mehrdad Ehsani ... pin: moto kéo không nhận lượng động cơ- máy phát nạp pin Chế độ nạp pin hybrid: hai động cơ- máy phát mô tơ kéo hoạt động máy phát điện để nạp cho pin Lợi hybrid kiểu nối tiếp: - - - Động hoàn toàn... truyền lực chính, kết hợp Tính tốn lực kéo nguồn động lực Xác định đặc tính lực kéo tổng hợp lực cản Xác định thời gian tăng tốc ô tô Dịch tìm hiểu nguồn tài liệu tiếng anh ? ?tô hybrid PHỤ LỤC [1] tài... 2.5 Tính lực kéo cho nguồn động đốt Tính momen Me động đốt theo công thức: Me = Ne λv ωe a + b.λv + c.λv ( ) [N.m] Tính lực kéo Fke động đốt theo công thức: Fke = M e igt ikh i0 ηt Rbx [N] Tính