V. Các nội dung chính trong đề tài
3.3.2 Mục đích xây dựng mô hình
- So sánh 2 xe cùng lắp động cơ xăng 4 kỳ, xe hybird lắp thêm động cơ điện và máy phát điện tạo hệ thống động lực hybrid khi chạy theo chu trình NEDC (theo các tiêu chuẩn sau Euro 2) dùng cho xe con và xe tải nhẹ.
Hình 3.7 Chu trình thử NEDC
Thực hiện chương trình thử nghiệm NEDC với 3 pha như trên hình 3.7.
- Pha 1: Chạy ở tốc độ tăng tốc, giữ tốc độ và giảm tốc, dừng ở vùng tốc độ thấp.
+ Ở vùng tốc độ thấp nên hệ thống động lực hybrid sử dụng năng lượng từ ắc quy để kéo động cơ điện, còn hệ thống động lực thông thường sử dụng động cơ đốt trong. Trong đó thấy rõ được ưu điểm của động cơ điện làm việc với hiệu suất cao và nhược điểm của động cơ đốt trong làm việc với hiệu suất thấp với vùng tốc độ thấp và dừng, tức là động cơ chạy không tải.
+ Khi thực hiện việc giảm tốc thì có nạp điện lại cho ắc quy, cũng là yếu tố làm tăng hiệu suất tổng thể của hệ động lực.
- Pha 2 và pha 3 chạy ở vùng tốc độ cao hơn thì động cơ đốt trong trong hệ động lực phải làm việc. Vì vậy hiệu suất cao hơn loại động cơ thường. Đặc biệt với vùng tốc độ xe cao và yêu cầu công suất lớn (tăng tốc) ở pha 3 thì hiệu suất gần bằng nhau. 0 10 20 30 40 50 0 50 100 150 200 T ốc đ ộ xe ( km /h )
Thời gian (giây)
Pha 2 Pha 1
-45-
3.4 So sánh các kết quả mô phỏng khi động cơ đƣợc lắp trên xe thƣờng và xe hybrid
3.4.1 Tốc độ động cơ
Hình 3.8 Tốc độ động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid
Qua đồ thị trên hình 3.8 ta thấy, tốc độ động cơ lắp trên xe hybrid chạy ổn định hơn khi lắp trên xe thường qua mức độ thay đổi tốc độ khi chạy trên 3 pha là rất nhỏ tránh được các chế độ tăng tốc, giảm tốc động cơ.
Hơn nữa, tại những khi tốc độ xe bằng 0 thì xe hybrid cho phép ngắt động cơ đốt trong, còn xe thường động cơ đốt trong thực hiện chạy không tải.
Thực tế là sự thay đổi tốc độ của xe phần lớn là do động cơ điện, vì vậy cho phép dễ dàng điều khiển mà không ảnh hưởng tới tiêu hao nhiên liệu của động cơ.
Do việc điều khiển tốc độ động cơ điện ít phụ thuộc vào tốc độ xe nên thực hiện điều khiển động cơ đốt trong ở vùng tiêu thụ nhiên liệu thấp, để có thể giảm tiêu thụ nhiên liệu chung của xe.
Trong các phân tích trên đều cho phép giảm tiêu hao nhiên liệu khi động cơ đốt trong được sử dụng trên xe hybrid.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 50 100 150 200
Thời gian (giây)
T ốc đ ộ độ ng c ơ (v òn g/ ph út ) Xe thường Xe thường Xe hybrid Xe hybrid
-46-
3.4.2 Tiêu hao nhiên liệu
Hình 3.9 Tiêu hao nhiên liệu
Như đã phân tích ở phần tốc độ động cơ, đều cho phép giảm tiêu hao nhiên liệu ở hầu hết các điểm trên 3 pha thử nghiệm khi động cơ đốt trong được sử dụng trên xe hybrid (Hình 3.9).
Ngoài ra, còn có những trường hợp cụ thể như sau:
+ Khi xe dừng, động cơ xe thường chạy không tải, suất tiêu hao nhiên liệu khi đó tương đối lớn, vào khoảng 2 g/kwh/s. Còn động cơ xe hybrid ngắt.
+ Khi tăng tốc, động cơ xe thường phải đảm nhiệm toàn bộ cho nên động cơ làm việc với chế độ không ổn định bù ga nên tiêu hao nhiên liệu ở mức cao.
3.4.3 Phát thải
3.4.3.1 Phát thải NOx
Qua đồ thị trên hình 3.8 ta thấy, phát thải NOx của xe hybrid hầu hết đều thấp hơn đáng kể so với phát thải của xe thường (trừ giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ
0 1 2 3 4 5 6 0 50 100 150 200 Xe thường Xe hybrid
Thời gian (giây)
T iê u h ao n hi ên li ệu ( g/ km )
-47-
điện sang động cơ đốt trong), thậm chí bằng 0 khi ngắt động cơ. Điều này có thể giải thích như sau:
Tương tự như tốc độ và tiêu hao nhiên liệu như đã phân tích, động cơ xe hybrid tránh được các chế độ tăng tốc, giảm tốc động cơ. Hơn nữa, tại những khi tốc độ xe bằng 0 thì xe hybrid cho phép ngắt động cơ đốt trong. Ngoài ra, xe hybrid thực hiện điều khiển động cơ đốt trong rất tốt ở vùng tiêu thụ nhiên liệu thấp, khi tăng tốc, động cơ xe thường phải đảm nhiệm toàn bộ nên động cơ làm việc với chế độ không ổn định và bù ga nên tiêu hao nhiên liệu ở mức cao. Vì vậy, trong tất cả các trường hợp trên đây động cơ đốt trong trên xe hybrid đều được giảm tải (giảm công suất) làm giảm nhiệt độ của chu trình công tác. Vì vậy, NOx giảm.
Tuy nhiên, ở giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong phải khởi động và tăng công nhanh công suất để đảm bảo tốc độ và sự ổn định của xe nên lượng nhiên liệu chu trình tăng nhanh làm tăng nhiệt độ trung bình trong xilanh của chu trình công tác làm tăng NOx.
Hình 3.10 Phát thải NOx 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 50 100 150 200 Xe thường Xe hybrid
Thời gian (giây)
N ồn g độ N O x (g /k m )
-48-
3.4.3.2 Phát thải CO
Hình 3.11 Phát thải CO
Phát thải CO sinh ra là do sự cháy thiếu Oxy, qua đồ thị trên như trên hình 3.11 ta thấy, phát thải CO của xe hybrid hầu hết đều thấp hơn đáng kể so với phát thải của xe thường. Điều này có thể giải thích tương tự như đối với phát thải NOx trên 3 pha thí nghiệm, mức tiêu thụ nhiên liệu đều giảm (trừ giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong) trong khi xe hybrid điều khiển động cơ rất tốt ở chế độ công suất nhỏ, nói cách khác là trong tất cả các trường hợp trên đây động cơ đốt trong trên xe hybrid đều được giảm tải (giảm công suất) lượng CO tổng cộng tính theo g/h sẽ giảm.
Tuy nhiên, ở giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong phải khởi động và tăng công nhanh công suất để đảm bảo tốc độ và sự ổn định của xe trong khi lượng không khí không kịp bổ sung đủ theo yêu cầu làm tăng khả năng thiếu ôxy, làm tăng CO.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 50 100 150 200
Thời gian (giây)
N ồn g độ C O ( g/ km ) Xe thường Xe hybrid
-49-
3.4.3.3 Phát thải HC
Hình 3.12 Phát thải HC
Phát thải HC là sản phẩm của phần nhiên liệu chưa cháy do thiếu ô xy hoặc thành phần hỗn hợp không đồng nhất. Cũng như phát thải CO, qua đồ thị như trên hình 3.12 ta thấy, phát thải HC của xe hybrid hầu hết đều thấp hơn đáng kể so với phát thải của xe thường. Tuy nhiên, ở 2 chế độ chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong và chiều ngược lại đều cho phát thải HC tăng.
Tương tự như phát thải CO, giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong phải tăng nhanh nhanh lượng nhiên liệu chu trình trong khi lượng không khí không kịp bổ sung đủ theo yêu cầu làm tăng khả năng thiếu ôxy, làm tăng HC.
Mặt khác, giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ đốt trong sang động cơ điện, lúc này động cơ điện được điều khiển làm việc đạt nhanh công suất, tốc độ và mô men đảm bảo cho xe hoạt động bình thường, đồng thời ngắt động cơ đốt trong. Tuy nhiên, trong giai đoạn vài giây, việc nhiên liệu vẫn được phun vào trước xupap nạp đến hàng chục lần nên động cơ vẫn thực hiện quá trình thải khí và quét khí ở góc
0 10 20 30 40 50 60 70 0 50 100 150 200
Thời gian (giây)
N ồn g độ H C ( g/ km ) Xe thường Xe thường Xe hybrid Xe hybrid
-50-
trùng điệp nên một lượng không nhỏ nhiên liệu phun vào chưa được cháy sẽ được thoát ra khỏi đường thải làm HC tăng.
3.4.4 Kết quả tổng thể so sánh 2 loại xe
Hình 3.13 Kết quả tổng thể so sánh 2 loại xe
Hình 3.13 thể hiện kết quả tổng thể so sánh 2 loại xe, ta thấy các thành phần tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của xe hybrid đều thấp hơn đáng kể so với phát thải của xe thường. Tiêu thụ nhiên liệu giảm tới 30%, phát thải NOx giảm 60%, CO giảm 25% và HC giảm đến 25%. Do động cơ xe hybrid cho phép ngắt động cơ đốt trong khi xe dừng, việc điều khiển động cơ đốt trong rất tốt ở vùng tiêu thụ nhiên liệu thấp; khi tăng tốc, động cơ xe ổn định nên tiêu hao nhiên liệu ở mức thấp. Nói cách khác, trong tất cả các trường hợp trên đây động cơ đốt trong trên xe hybrid đều giảm công suất làm giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải mặc dù ở giai đoạnchuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong tiêu hao nhiên liệu và phát thải đều tăng nhưng trong thời gian rất ngắn.
0 5000 10000 15000 20000 25000
tiêu hao nhiên liệu
NOX CO HC
xe thường
-51-
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN
Đã xây dựng thành công mô hình xe hybrid kiểu song song trên phần mềm AVL-Cruise và thực hiện chạy mô phỏng để đánh giá tính năng bằng phần mềm AVL-Cruise, kết quả cho thấy:
- Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (xe hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu ít hơn nhiều so với xe sử dụng động cơ đốt trong thông thường), tiêu thụ nhiên liệu giảm tới 30%.
- Giảm lượng phát thải gây ô nhiêm môi trường, phát thải NOx giảm 60%, CO giảm 25% và HC giảm đến 25%.
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã góp phần từng bước làm chủ về công nghệ xe hybrid ở Việt Nam. Bước đầu sử dụng phần mềm AVL-Cruise để nghiên cứu thiết kế, tính toán hệ động lực cho xe hybrid.
HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Sau khi thực hiện xong luận văn em xin có một số đề xuất:
- Nghiên cứu phối hợp phần mềm Matlab và AVL-Boost trong quá trình mô phỏng mô hình trên phần mềm AVL-Cruise để có thể phân tích đánh giá được đầy đủ hơn nữa về tính năng động lực của xe hybrid.
- Tính toán các hệ thống cho xe hybrid.Tính toán và tối ưu nguồn động lực và các tham số điều khiên cho xe hybrid.
-52-
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Báo cáo môi trường quốc gia năm 2012.
[2]. Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E.Gay, Ali Emadi, Modern electric, Hybrid electric, and Fuel cell vehicles 2005.
[3]. Quy hoạch phát triển ngành dầu khí Việt Nam giai đoạn 2006 -2015 - Định
hướng đến năm 2025, Bộ Công nghiệp, 7/2007.
[4]. Phạm Minh Tuấn, Khí thải động cơ và ô nhiễm môi trường, Nhà XB Khoa học và Kỹ Thuật Hà Nội.
[5]. AVL guide, AVL Cruise software version 2009.
[6]. Lê Văn Tụy, Kết Cấu Và Tính Toán Ô Tô, Đà Nẵng 2008.
[7]. Toyota Hybrid system, tài liệu của Toyota.
[8]. PGS.TS Khổng Vũ Quảng, Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình phối hợp nguồn động lực điện và động cơ đốt trong”, Hà Nội 2014.
-53-
PHỤ LỤC
Hình PL1 Tạo thư mục chương trình
Hình PL2 Đặt tên chương trình
-54-
Hình PL4 Lựa chọn xe
-55-
Hình PL6 Hiển thị các thông số cơ bản của xe
-56-
-57-
Hình PL9 Đồ thị biểu diễn các thông số đặc trưng của động cơ
-58-
Hình PL11 Chọn bộ truyền động
Hình PL12 Thông số hiệu suất và tổn hao mô-men xoắn
-59-
Hình PL15 Chọ bộ truyền đơn Hình PL14 Thông số của ly hợp
-60-
Hình PL16 Chọn vi sai
-61-
Hình PL18 Chọn Phanh
-62-
Hình PL20 Chọn bánh xe
Hình PL21 Đặc tính bánh xe
-63-
Hình PL23 Chọn khoang lái
Hình PL24 Đặc tính khoang lái
-64-
Hình PL26 Chọn động ơ điện
-65-
Hình PL28 Chọn Ắc quy
Hình PL30 Chọn màn hình hiển thị Hình PL29 Các thông số ắc quy
-66-
Hình PL31 Mô hình đầy đủ các mô đun
-67-
Hình PL33 Các tín hiệu vào và ra
-68-
Hình PL35 Đặc điểm hệ thống truyền động
-69-
Hình PL37 Các thông số điều kiện
-70-
Hình PL39 Các kiểu tính toán
-71-
Hình PL41 Giao diện ma trận tính toán
-72-
Hình PL43 Giao diện khi tính toán hỗn hợp
-73-
Hình PL45 Biểu đồ kết quả
-74-