Ưu điểm:
Tăng hiệu suất động cơ: động cơ đốt trong khi sử dụng tăng áp sẽ tăng thêm 30-40%
công suất động cơ vì nó tăng hiệu suất nạp, từ đó quá trình cháy sẽ tăng và tăng công suất động cơ.
Tạo áp suất lớn: Mỗi hành trình của Piston tạo ra nhiều sức mạnh hơn động cơ hút khí
tự nhiên do đó, động cơ tăng áp có thể sản xuất nhiều năng lượng hơn trong cùng 1 động cơ có cùng kích thước.
Hiệu suất mạnh mẽ tạo ra mô - men xoắn: Dù với mục đích sản xuất kích thước nhỏ
để tiết kiệm nhiên liệu, động cơ tăng áp vẫn giữ được hiệu suất mạnh mẽ. Động cơ tăng áp còn tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn, đặc biệt thấp hơn phạm vi vòng quay.
Giảm trọng lượng động cơ: để sản xuất 1 động cơ có công suất hoạch định sẽ phải sản
xuất 1 khối động cơ có dung tích xy lanh lớn. Nếu động cơ được ứng dụng tăng áp thì nhà sản xuất có thể sản xuất động cơ có dung tích nhỏ hơn nhưng công suất đầu ra vẫn bằng hoặc có thể cao hơn động cơ có dung tích lớn hơn khi không có tăng áp.
Tiết kiệm chi phí sản xuất: việc sản xuất 1 động cơ có dung tích nhỏ hơn, khối lượng
và kích thước sẽ hơn sẽ tiết kiệm được chi phí sản xuất.
Giúp tiết kiệm nhiên liệu: Động cơ tăng áp có công suất tương đương như các động
cơ lớn khác dù dung tích xy lanh nhỏ hơn. Trong đó, các hỗn hợp không khí và nhiên liệu đốt đẩy đến xy lanh được đốt cháy hoàn toàn, giúp động cơ tăng thêm hiệu suất, giảm thiểu khí thải và cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
44
Hạn chế tối đa tiếng ồn: Động cơ tăng áp xe ô tô có khả năng sử dụng lại một phần
nguồn khí thải trong quá trình nén khí, qua đó lọc được nhiều không khí vào đường ống và linh kiện hơn so với động cơ hút khí tự nhiên. Khi đó, tiếng ồn động cơ êm và mượt hơn do tiếng ồn hút và xả được giảm và tinh lọc.
Nhược điểm:
Động cơ tăng áp có độ trễ (phản ứng chậm hơn): Đây là một trong những nhược điểm
lớn nhất của động cơ tăng áp xe ô tô. Do động cơ cần phải đạt được vòng tua lớn để đủ lượng khí xả cho hệ thống tăng áp hoạt động. Vì không có khả năng tạo đủ lượng khí thải để quay tuabin nạp của turbo nên độ trễ ngắn động cơ tăng áp chỉ thường xảy ra sau khi nhấn van tiết lưu.
Chi phí sửa chữa cao hơn: Việc sử dụng động cơ tăng áp khiến động cơ hoạt động
phức tạp hơn, đòi hỏi sử dụng những chất liệu bền và tốt hơn, đảm bảo tuổi thọ cho hệ thống này. Và khi gặp sự cố, việc sửa chữa động cơ tăng áp gặp nhiều khó khăn hơn và chi phí sửa chữa cũng cao hơn.
Cần điều tiết quá trình lái xe hợp lý: Trường hợp chiếc xe đang được điều khiển với
tốc độ cao, lúc này bộ tăng áp được tăng tốc khiến các xi lanh đốt cháy nhiên liệu nhanh hơn, dẫn đến hiệu quả kém hơn.Vì vậy để đạt được số liệu hiệu quả tốt nhất, người lái không được nhấn quá mạnh vào máy gia tốc, cần kiểm soát tốt bướm ga và luôn chú ý điều tiết quá trình sao cho hợp lý.
45
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ 3.1 Khảo sát động cơ Honda Winner 150
Động cơ 150cc, DOHC, làm mát bằng dung dịch
Động cơ dung tích lớn 150cc, PGM-FI, 4 kỳ, xy-lanh đơn, làm mát bằng dung dịch tích hợp các công nghệ hàng đầu của Honda cho phép xe vận hành linh hoạt, công suất mạnh mẽ, nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Côn tay, hộp số 6 cấp
Hệ thống côn tay cùng hộp số 6 cấp linh hoạt, tăng cường hiệu quả chạy xe ở các mức tốc độ khác nhau cũng như khả năng sang số nhẹ nhàng, linh hoạt, cho người lái cảm giác phấn kích hơn khi điều khiển xe.
Thông số kỹ thuật của Honda Winner 150 2016
Với mục đích tạo ra một mẫu xe thể thao vượt lên một phương tiện di chuyển thông thường thì Honda WINNER 150 dường như đã đáp ứng đầy đủ những nhu cầu đó. Thiết kế thể thao ấn tượng nhưng vẫn tạo ra sự quen thuộc đặc trưng của xe Honda. Động cơ vận hành mạnh mẽ, hộp số nhẹ, nhạy phù hợp cho nhiều đối tượng khác hàng khác nhau có thể dễ dàng sử dụng.
Bảng 3. 1: Thông số kỹ thuật Honda Winner 150.
Số Thứ Tự
Thông Số Đơn vị
1 Khối lượng bản thân 122kg
2 Dài x Rộng x Cao 2.025 x 725 x 1.102
mm
3 Khoảng cách trục bánh xe 1.276 mm
4 Độ cao yên 780 mm
46
6 Dung tích bình xăng 4,5 lít
7 Kích cỡ lốp trước/ sau Trước: 90/80-17M/C
46P /
Sau: 120/70-17M/C 58P
8 Phuộc trước Ống lồng, giảm chấn
thủy lực
9 Phuộc sau Lò xo trụ đơn
10 Loại động cơ PGM-FI, 4 kỳ,
DOHC, xy-lanh đơn, côn 6 số, làm mát bằng dung dịch
11 Dung tích xy-lanh 149,1 cm3
12 Đường kính x hành trình pít-tông 57,3 x 57,8 mm
13 Tỉ số nén 11,3:1
14 Công suất tối đa 11,5kW/9.000
vòng/phút
15 Mô-men cực đại 13,5Nm/6.500
vòng/phút
16 Dung tích nhớt máy 1,1L khi thay nhớt
1,3L khi rã máy
47
3.2 Phương án thiết kế bộ tăng áp
Hình 3. 1: Sơ đồ động cơ tăng áp chạy bằng điện.
Bộ tăng áp chạy bằng điện sẽ được lắp trực tiếp vào họng ga của động cơ xe. Vì tăng áp chạy bằng điện khác biệt với các loại tăng áp truyền thông chạy bằng khí thải và không tiếp xúc trực tiếp với khí thải sinh ra nhiệt. Nên bộ tăng áp chạy bằng điện không cần lắp thêm tản nhiệt cho không khí nhưng vẫn giữ được nhiệt độ khí nạp ở mức cho phép. Motor của bộ tăng áp sẽ được điều khiển trực tiếp bằng bộ xử lí tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga. Việc có thể điều khiển được tốc độ quay của tuabin cũng như lượng không khí nạp về động cơ nên ta có thể tinh chỉnh để phù hợp với các loại dung tích động cơ. Đồng thời tối ưu được lượng không khí cần nạp vào động cơ ở mọi vòng tua máy.
3.2.1 Lựa chọn buống nén khí và cánh tua bin
Vì có thể điều khiển được tốc độ quay của tuabin nên ta không quá quan trọng trong việc lựa chọn cánh và vỏ Turbo. Ta có thể chọn ở mức tương đối để phù hợp với động cơ cần ứng dụng.
48
Hình 3. 2: Vỏ Turbo và cánh tuabin.
Thông thường, các bộ tăng áp tuyền thống sẽ được nối với nhau bằng 1 trục giữa kết nối cánh quạt bên khí thải và cánh quạt bên khí nạp. Nhưng ở bộ tăng áp chạy bằng motor điện thì trục giữa sẽ được nối từ trục của motor điện tới cánh quạt khí nạp. Do đó, ta cần thiết kế lại trục giữa và mặt bích làm kín phía sau vỏ Turbo.
49
Hình 3. 3: Mặt trước và sau của đế chụp Turbo
Đế chụp vỏ Turbo được thiết kế dựa vào thông số đo đạc của vỏ Turbo và được phác thảo bằng phần mền Catia V3 P5R21. Sẽ được gia công bằng công nghệ CNC, vật liệu được chọn là hợp kim nhôm.
50
51 3.2.2 Lựa chọn motor dẫn động Hình 3. 5: Motor DC 775 Motor DC 775 tốc độ 12000 vòng/ phút Thông số kỹ thuật: Bảng 3. 2: Thông số motor 775. STT Thông số Đơn vị 1 Điện áp sử dụng 12- 24V 2 Tốc độ 12000 vòng/phút (12V). 3 Trục Đường kính 5mm. 4 Đường kính động cơ 42mm.
5 Chiều dài động cơ 77mm.
6 Chiều dài trục động cơ 100mm.
Motor 775 là một động cơ điện mạnh mẽ, độ bền cao và công suất lớn, có thể dùng để quạt, băng tải, máy khoan, máy bơm nước, máy mài.
52
Cấu tạo motor 775 bao gồm:
- Phần ứng hay rotor.
- Cổ góp.
- Chổi than.
- Trục motor.
- Miếng nam châm tạo từ trường.
- Bộ phận cung cấp dòng điện một chiểu.
Nguyên lí hoạt động của Motor 775:
Phần chính của Motor 775 bao gồm phần đứng yên Stator và phần chuyển động Rotor, chúng được quấn nhiều vòng dây dẫn hay nam châm vĩnh cửu. Khi những vòng dây trên Stator và Rotor được nối với nguồn điện, xung quanh nó sẽ xuất hiện từ trường. Sự tương tác giữa từ trường của Rotor và Stator sẽ tạo ra chuyển động quay của Rotor quanh trục hay 1 momen.
Hình 3. 6: Trục đầu ra của Motor 775.
Ở 2 đầu trục của Motor 775 đều có bạc đạn chịu lực và chịu được số vòng quay lớn nên động cơ có thể hoạt động ở mức công suất cao cũng như số vòng quay cao. Đặc biệt
53 động cơ được trang bị cánh quạt tản nhiệt bên trong giúp động cơ hoạt động thông thoáng tránh tình trạng quá nhiệt gây hại cho động cơ.
Hình 3. 7: Cánh quạt tản nhiệt của Motor 775. 3.2.3 Thiết kế bộ dẫn động (hộp số tăng tốc)
54 Chú thích sơ đồ: M: Motor. T: Cánh Tuabin. Z1: Bánh răng số 1 (55 răng, 0.8M). Z2: Bánh răng số 2 (15 răng, 0.8M). Z2’: Bánh răng số 2’ (59 răng, 0.6M). Z3: Bánh răng số 3 (12 răng, 0.6M). D1, D2, D3: Trục thứ 1, 2, 3.
Tỉ số truyền của hộp số 2 cấp bánh răng thẳng:
Z1 Z2 = N2 N1<=>55 15 = N2 12000=> N2 = 55 x 12000 15 = 44000 v/p Z2′ Z3 = N3 N2<=>59 12 = N3 44000=> N3 = 59 x 44000 12 = 216.333 v/p N3 N1 = 216333.33 12000 = 18.03 : 1
Suy ra, tỉ số truyền của hộp số tăng tốc 2 cấp là 18.03
55
3.2.3.1 Thiết kế vỏ hộp số
Vật liệu: Hợp kim nhôm
Phương pháp gia công: CNC
Vỏ hộp số tăng tốc được thiết kế và mô phỏng bằng phần mền Catia P3 V5R21. Sau khi đo đạc và tính toán chính xác kích thước phù hợp các bánh răng ăn khớp và vòng bi, ổ đỡ đề phác thảo và hoàn thành bản vẽ một cách chính xác nhất.
56
57 Bản vẽ kỹ thuật của vỏ hộp số:
58
59
3.2.3.2 Thiết kế bánh răng, ổ đỡ
Kiểu răng: bánh răng trụ , răng thẳng
Vật liệu: Hỗn hợp gang
Bộ dẫn động gồm 3 bánh răng trụ, răng thẳng ăn khớp với nhau.
Bánh răng số 1: Bánh răng được nối với Motor điện thông qua trục 8mm, có 55 răng 0.8M.
Hình 3. 14: Bánh răng số 1.
Bánh răng số 2: Bánh răng số 2 ăn khớp với bánh răng số 1, có 15 răng 0.8M và bánh răng số 2’ có 59 răng 0.6M trục 4mm.
60
Hình 3. 15: Bánh răng số 2 và 2’.
Bánh răng số 3: Bánh răng số 3 ăn khớp với bánh răng số 2’, có 12 răng 0.6M, trục 3mm và được vào trục 8mm của cánh tuabin.
Hình 3. 16: Bánh răng số 3.
Ổ đỡ: bạc đạn NSK
Bên trong hộp số tăng tốc gồm có 3 trục, mỗi trục được thiết kế 2 ổ đỡ ở 2 đầu trục bằng bạc NSK chịu mài mòn và tốc độ cao.
Các vòng bị, ổ đỡ, bạc đạn có kích thước như sau:
61
Hình 3. 17: Vòng bi lỗ trục 3mm.
Vòng bi, ổ bi, bạc đạn NSK 684ZZ 4x9x4mm lỗ trục 4mm, chịu mài mòn, tốc độ cao.
Hình 3. 18: Vòng bi lỗ trục 4mm.
Vòng bi, ổ bi, bạc đạn NSK 685ZZ 5x11x5mm lỗ trục 5mm, chịu mài mòn, tốc độ cao.
Hình 3. 19: Vòng bi lỗ trục 5mm.
Vòng bi, ổ bi, bạc đạn NSK 688ZZ 8x16x5mm lỗ trục 8mm, chịu mài mòn, tốc độ cao.
62
Hình 3. 20: Vòng bi lỗ trục 8mm.
Đặc biệt về bôi trơn và tản nhiệt cho hộp số. Vì hộp số hoạt động ở vận tốc cao, số vòng quay có thể lên đến 100.000 vòng/phút nên cần được bôi trơn và tản nhiệt. Bên trong hộp số được thiết kế kín được sẽ sử dụng nhớt để bôi trơn cho các bánh răng kiểu vung tóe, đồng thời nhớt sẽ làm giảm ma sát, giảm nhiệt độ ổ đỡ, vòng bi, bạc đạn khi hoạt động.
3.3 Phương án điều khiển
Ý tưởng để điều khiển motor DC sẽ dựa vào tín hiệu vị trí bướm ga (TPS) sẽ gửi tín hiệu ADC đến bo mạch Arduino R3 và Arduino xử lý xuất đến mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 43A (PWM). Từ mạch PWM sẽ khuếch đại và xuất cho Motor DC dưới xung vuông (xung PWM) để điều khiển tốc độ động cơ DC.
63
Hình 3. 21: Sơ đồ điều khiển động cơ tăng áp. Bộ chuyển đổi ADC là gì
ADC là từ viết tắt của Analog to Digital Converter hay bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số là một mạch chuyển đổi giá trị điện áp liên tục (analog) sang giá trị nhị phân (kỹ thuật số) mà thiết bị kỹ thuật số có thể hiểu được sau đó có thể được sử dụng để tính toán kỹ thuật số. Mạch ADC này có thể là vi mạch ADC hoặc được nhúng vào một bộ vi điều khiển.
ADC hoạt động như thế nào
Một cách rất hay để xem xét hoạt động của ADC là tưởng tượng nó như một bộ chia tỷ lệ toán học. Tỷ lệ về cơ bản là ánh xạ các giá trị từ dải này sang dải khác, vì vậy ADC ánh xạ một giá trị điện áp sang một số nhị phân.
Những gì chúng ta cần là một thứ có thể chuyển đổi điện áp thành một loạt các mức logic, ví dụ như trong một thanh ghi. Tất nhiên, các thanh ghi chỉ có thể chấp nhận các mức logic làm đầu vào, vì vậy nếu bạn kết nối tín hiệu trực tiếp với đầu vào logic, kết quả sẽ không tốt. Vì vậy cần có một giao diện ở giữa logic và điện áp đầu vào analog.
64
Hình 3. 22: Biểu đồ Analog và Digital. Phương pháp điều xung PWM là gì?
Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.
Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay sườn âm.
65 Xung là các trạng thái cao / thấp (HIGH/LOW) về mức điện áp được lặp đi lặp lại. Đại lượng đặc trưng cho 1 xung PWM (Pulse Width Modulation) bao gồm tần số (frequency) và chu kì xung (duty cycle).
Tần số là gì?
Tần số là số lần lặp lại trong 1 đơn vị thời gian. Đơn vị tần số là Hz, tức là số lần lặp lại dao động trong 1 giây.
Lấy ví dụ, 1Hz = 1 dao động trong 1 giây. 2Hz = 2 dao động trong 1 giây. 16MHz = 16 triệu dao động trong 1 giây.
Như vậy theo quy tắc tam suất: 16 triệu dao động - 1 giây --> 1 dao động tốn 1/16.000.000 (giây) = 0,0625 (micro giây)
Cách xác định 1 dao động như thế nào?
Đa phần các bạn mới nghiên cứu điện tử thường mắc sai lầm ở việc xác định 1 dao động. Dao động được xác định từ trạng thái bắt đầu và kết thúc ngay trước khi trạng thái bắt đầu được lặp lại.
Hình 3. 24: Cách xác định 1 dao động.
Như vậy thông thường, 1 dao động sẽ bao gồm 2 trạng thái điện: mức cao (x giây) và mức thấp (y giây). Tỉ lệ phần trăm thời gian giữa 2 trạng thái điện này chính là chu kì xung. Với x/y = 0% ta có xung chứa toàn bộ điện áp thấp (khái niệm xung nên hiểu mở rộng) Với x/y = 50% thì 50% thời gian đầu, xung có điện áp cao, 50% sau xung có điện áp thấp. Với x/y=100% ta có xung chứa toàn bộ điện áp cao.