1.3. Tổng quan về hệ thống truyền lực thủy cơ có biến mô thủy lực
1.3.3. Các đặc điểm cơ bản của HTTL có biến mô (Đặc điểm về phối hợp làm việc giữa động cơ và biến mô)
Trong HTTL có biên mô thường sử dụng hai cụm chi tiết chính là bộ biến mô men thủy lực và hộp số hành tinh, ngoài ra còn một số cụm chi tiết khác. Đây là những cụm tương đối phức tạp khi tính toán thiết kế và phối hợp làm việc giữa chúng và động cơ. Việc phối hợp hoạt động của động cơ với HTTL và xe là bài toán động lực học dọc của ô tô. Mục tiêu của bài toán là tối ưu hóa hệ thống động truyền lực, nhờ đó mà động cơ và các bộ phận của HTTL sẽ được liên kết với nhau một cách hợp lý nhất nhằm đạt được các chỉ tiêu đồng bộ gồm: Công suất; mức tiêu hao nhiên liệu; mức ô nhiễm khí xả; tính tiện nghi.
29
Quá trình này được thực hiện theo cả hai chiều: động cơ tới HTTL và ngược lại. Tuy nhiên, trong thực tế, đặc tính của động cơ cần được ưu tiên đáp ứng, vì vậy quá trình đồng bộ phải tập trung vào việc điều chỉnh đặc tính của HTTL cho phù hợp với đặc tính của động cơ.
Hệ thống truyền lực nằm trung gian giữa động cơ và mặt đường, nó biến đổi các yêu cầu từ mặt đường sao cho phù hợp với khả năng đáp ứng của động cơ.
Nghĩa là, vùng tốc độ làm việc của động cơ phải phù hợp với dải tốc độ của xe.
Tương tự như vậy, đặc tính mô men của động cơ phải đáp ứng được các yêu cầu về lực kéo tại các bánh xe chủ động. Đặc tính của động cơ cùng với vùng biến thiên tỷ số truyền của HTTL được kết hợp với nhau để hình thành vùng đáp ứng về lực kéo của tổ hợp động cơ – HTTL. Một trong những tiêu chí cơ bản của quá trình kết hợp động cơ với HTTL là duy trì động cơ hoạt động trong vùng tiết kiệm nhiên liệu.
Hình 1.9. Phối hợp hoạt động của động cơ và HTTL
Mômen và tốc độ động cơ có thể được tự do lựa chọn với truyền động vô cấp nhưng chúng phải được xác định trên đường đặc tính công suất yêu cầu và trong biểu đồ hoạt động xác định bởi tỷ số truyền tổng của hộp số. Ở đây, tốc độ động cơ và tỷ số truyền của hệ thống truyền lực có quan hệ trực tiếp với nhau.
Vùng làm việc của động cơ
Vùng biến thiên tỷ số truyền
Vận tốc Vận tốc
Lực kéo từ tổ hợp động cơ/HTTL
30
Hình 1.10. Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động cơ xăng 2.0l. Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền nhỏ nhất (iA, min) và lớn nhất
(iA, max) tạo thành vùng các điểm làm việc với chế độ không gia tốc.
Mức tiêu hao nhiên liệu chịu ảnh hưởng lớn của tỷ số truyền của HTTL. Trong chế độ vận hành không gia tốc, trạng thái làm việc được thể hiện trên đồ thị bằng các đường cách nhau (đối với hộp số có cấp) hoặc cả vùng trên đồ thị (đối với hệ thống truyền lực vô cấp – CVT) nằm giữa các đường lực cản TB từ tỷ số truyền nhỏ nhất đến tỷ số truyền lớn nhất của hệ thống động lực. Đối với truyền lực có cấp, các điểm làm việc là giao điểm của các đường lực cản ứng với tỷ số truyền xác định và đường công suất động cơ tương ứng T(P = const). Vì vậy, các điểm làm việc chỉ có thể nằm trong miền xác định. Biểu đồ làm việc thay đổi theo tốc độ tăng hoặc giảm khi có gia tốc, vì khi đó lực cản sẽ thay đổi.
31
Đối với HTTL có cấp, vùng làm việc với mức tiêu hao nhiên liệu hợp lý nhất ứng với một đường lực cản thường là vùng nằm phía trên đường đó. Ví dụ, trên hình 5.2 chỉ rõ, ở công suất 40kW, T(P=40kW) xe có thể chuyển động không gia tốc (a = 0 m/s2) trên đường bằng (độ dốc 0%) ở các tay số 3, 4 và 5. Trong đó điểm 1, ứng với tay số 3 có mức tiêu hao nhiên liệu là be = 350g/kWh, điểm 2 ứng với tay số 5 có mức tiêu thụ nhiên liệu hợp lý hơn nhiều (be = 270g/kWh). Như vậy, nên chọn tỷ số truyền cao trong phạm vi có thể để đưa điểm làm việc về vùng có mức tiêu hao nhiên liệu tối thiểu (be, min).
Hình 1.11. Đặc tính động cơ với các tiêu chí điều khiển đối với HTTL vô cấp HTTL có CVT cho phép lựa chọn điểm làm việc của động cơ trên các đường hyperbol công suất yêu cầu theo một cơ chế được xác định trước. Điểm hoạt động được lấy từ giao của đường T(P) với đường cong đặc trưng điều khiển. Về nguyên tắc cơ bản những điểm bên trong biểu đồ hoạt động đã bao phủ bằng toàn bộ tỉ số truyền hộp số được đã được chọn (Hình 1.11). Trong trạng thái chuyển động ổn
32
định trên một cấp số truyền, tất cả điểm điều hoạt động là bên trong biểu đồ hoạt động.
Kết quả của sự khác nhau của đặc tính điều khiển, được định hướng theo hai tiêu chí là công suất hoặc lượng tiêu hao tối ưu (Hình 1.11). Đặc tính điều khiển tối ưu trong điều kiện lượng tiêu hao nhiên liệu được cho bởi đường cong của lượng tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất. Đặc tính điều khiển cho công suất tối ưu làm tăng lực kéo dư ở tất cả các điểm hoạt động.
Hiệu suất truyền động là yếu tố quan trọng đối với HTTL. Trong quá trình thiết
kế HTTL có biến mô cần đặc biệt quan tâm đến chỉ tiêu này. Nhưng để nâng cao hiệu suất cho HTTL vô cấp là vấn đề rất khó khăn vì chúng ta đều biết các cụm cơ cấu trong HTTL này như bộ biến mô men và hộp số CVT đều là các cụm có hiệu suất rất thấp so với truyền động bánh răng.
Như vậy qua những phân tích trên đây ta nhận thấy khi thiết kế HTTL có biên mô thì việc phối hợp hoạt động giữa động cơ và biến mô để cùng lúc đạt được các chỉ tiêu tốt nhất về công suất, lượng tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất truyền động là không thể thực hiện được. Ta chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu đó trong một giới hạn nào đó (thể hiện bằng một vùng theo đặc tính điều khiển). Do đó cần có những phân tích, đánh giá cụ thể để có thể đưa ra được phương án thết kế tối ưu cho HTTL có biên mô.