Giáo trình Kỹ thuật động cơ điện và hybird trên ô tô (Nghề: Công nghệ ô tô - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:52

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Kỹ thuật động cơ điện và hybird trên ô tô (Nghề: Công nghệ ô tô - Trình độ: Cao đẳng)" được biên soạn với mục tiêu giúp người học trình bày được khái niệm và nguyên tắc hoạt động của động cơ điện - hybird trên ô tô; giải thích phương pháp truyền động của động cơ điện, sự kết hợp truyền động giữa động cơ điện và động cơ đốt trong.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật động cơ điện và hybird trên ô tô (Nghề: Công nghệ ô tô - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Kỹ thuật động cơ điện và hybird trên ô tô Mã số của môn học: MĐ 29 Thời gian của môn học: 60 giờ (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, bài tập: 28; KT: 02) Vị trí, tính chất môn học: - Vị trí: Môn học được bố trí giảng dạy sau các môn học/ mô đun sau: …. - Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc. Mục tiêu môn học: - Kiến thức: + Trình bày được khái niệm và nguyên tắc hoạt động của động cơ điện –hybird trên ô tô. + Giải thích phương pháp truyền động của động cơ điện, sự kết hợp truyền động giữa động cơ điện và động cơ đốt trong. - Kỹ năng: + Chẩn đoán được các triệu chứng hư hỏng của động cơ điện –hybird trên ô tô. + Sử dụng đúng, hợp lý các dụng cụ kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa đảm bảo chính xác và an toàn. + Chuẩn bị, bố trí và sắp xếp nơi làm việc vệ sinh, an toàn và hợp lý. - Thái độ: + Chấp hành nghiêm túc các quy định về kỹ thuật, an toàn và tiết kiệm trong bảo dưỡng, sửa chữa. + Có tinh thần trách nhiệm hoàn thành công việc đảm bảo chất lượng và đúng thời gian . 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian (giờ) Tổng Lý Thực Kiểm Tên các bài trong mô đun Số số thuyết hành, thí tra TT nghiệm, thảo luận, bài tập 1 Bài 1: Khái quát động cơ điện – 30 20 9 1 hybird trên ô tô 1. Khái quát động cơ điện – hybird 5 trên ô tô 1.1. Khái niệm động cơ điện – hybird trên ô tô 1.2. Sự cần thiết áp dụng động cơ 5 điện – hybird trên ô tô 1.3 Vị trí của các bộ phận. 9 2. Phương pháp truyền động 5 2.1. Cấu tạo hệ thống truyền động 2.2. Nguyên lý làm việc 4 1 3 Bài 2: Bảo dưỡng và sửa chữa 30 10 19 1 1
động cơ điện – hybird trên ô tô 1. Bảo dưỡng hệ thống 5 9 2. Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật 5 10 1 2
Bài 1: KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ ĐIỆN-HYBRID TRÊN Ô TÔ Mã bài: MĐ 29-1 Giới thiệu chung: Nội dung bài học này giúp cho sinh viên hiểu khái quát về xe hybrid, ưu nhược điểm và trình bày được cấu tạo các bộ phận cũng như hoạt động của từng hệ thống. Mục tiêu: - Phát biểu đúng các khái niệm, phân loại của động cơ điện – hybird trên ô tô - Giải thích được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện – hybird trên ô tô - Nhận dạng được vị trí các bộ phận của động cơ điện – hybird trên ô tô - Chấp hành đúng quy trình, quy phạm trong nghề công nghệ ô tô - Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của học viên. Nội dung: 1. Khái quát động cơ điện – hybird trên ô tô 1.1. Khái niệm động cơ điện – hybird trên ô tô Xe Hybrid hay còn gọi là xe lai, xe có động cơ kết hợp. Năng lượng của xe được cung cấp từ một hoặc nhiều động cơ điện khác nhau (một trong số đó có khả năng cung cấp năng lượng) kết hợp với một động cơ đốt trong (ICE). Hai nguồn năng lượng này được kết hợp với nhau qua một thiết bị phân chia công suất (PSD) dưới sự điều khiển của HEV ECU. Bộ điều khiển này sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và khi nào cả hai động cơ cùng hoạt động thông qua sự nhận biết các điều kiện di chuyển của xe. Bằng việc kết hợp giữa hai động cơ cùng hệ thống tái tạo năng lượng khi giảm tốc (phanh tái sinh) giúp cho xe Hybrid có thể khắc phục bài toán quãng đường của xe điện và cải thiện hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu của động cơ sử dụng năng lượng hóa thạch. Đem đến hiệu quả cao nhất, tiết kiệm nhất cho người sử dụng cũng như giúp bảo vệ môi trường. Ngoài ra để minh họa ưu và nhược điểm của xe Hybrid, ta có sự so sánh giữa các loại xe sử dụng năng lượng mới được mô tả ở bảng dưới đây: Bảng 2.1 So sánh các loại xe sử dụng năng lượng mới Xe sử dụng năng Lợi thế Bất lợi Phạm vi ứng dụng lượng mới Xe điện Giá thành thấp Khoảng cách di Thích hợp cho di chuyển ngắn chuyển cự ly ngắn, tốc độ thấp Xe Hybrid Công nghệ đã hình Giá thành cao Đáp ứng nhu cầu thành và phát triển tối hằng ngày của ưu người sử dụng Xe sử dụng nhiên Tiếng ồn nhỏ, không ô Công nghệ chưa Khả năng ứng dụng liệu hiệu suất cao nhiễm, khả năng lái xe phát triển và tốn rộng rãi nhất và tính di động cao kém 1.2. Sự cần thiết phải có động cơ điện – hybird trên ô tô 3
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang diễn biến nhày càng nghiêm trọng. Một trong những nguyên nhân dẫn đến hệ quả đó chính là khí thải độc hại được phát thải từ động cơ đốt trong gây ra. Và để giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nguồn tài nguyên nhiên liệu hóa thạch thì ô tô lai hay còn gọi là xe Hybrid đang là xu thế để Việt Nam hướng tới để bảo vệ môi trường cũng như là tiền đề để mở ra kỉ nguyên xe điện tại đất nước Việt Nam của chúng ta. Xe Hybrid có hệ động lực gồm động cơ đốt trong và động cơ điện. Xe đã được chế tạo lần đầu từ những năm cuối thế kỷ 18. Với các ưu điểm nổi bật như vận hành êm ái, tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường thì ô tô Hybrid đang là sự quan tâm nghiên cứu phát triển và chế tạo của nhiều hãng sản xuất ôtô trên thế giới như Châu Âu , Mỹ, Nhật Bản. Cho đên hiện nay đã có nhiều mẫu ôtô Hybrid được sản xuất trên thị trường và được khách hàng tin dùng ô tô này. Ô tô hybrid đang dần phổ biến tại nước ta và điển hình như Toyota Prius, Toyota Camry Hybrid, Toyota Corolla Cross 1.8 HV,… Bên cạnh xe lai thì hiện nay xe ô tô chạy thuần điện đang phát triển mạnh mẽ, hầu hết các nhà sản xuất ô tô đều có những mẫu xe thuần điện riêng cho mình và xe điện thực sự là mục tiêu mà cả thế giới đang hướng đến. Tuy nhiên thì nguồn năng lượng pin trên xe điện là vấn đề đều được các nhà sản xuất ô tô quan tâm. Nhiều công nghệ pin được áp dụng để tối ưu nhất cũng như lưu trữ nhiều năng lượng cho việc di chuyển trên quảng đường xa nhất có thể sau mỗi lần sạc. 1.3.Vị trí của các bộ phận Các bộ phận cơ bản. Hệ thống hybrid Toyota sử dụng 2 nguồn năng lượng là động cơ đốt trong và động cơ điện. Hệ thống hybrid sẽ điều khiển sự kết hợp giữa 2 nguồn năng lượng này sao cho tối ưu nhất, tùy thuộc vào điều kiện xe hoạt động. - Dòng xe prius 01- 03 sử dụng THS (hệ thống Hybrid Toyota). - Dòng xe prius 04 & các dòng sau sử dụng THS-II, nó cơ bản giống dòng xe trước đó. Nhưng có những cải tiến về MG1 và MG2, accu và động cơ.2 4
Hình 1.1: Các bộ phận chính của hệ thống Hybrid. 5
Hình 1.2: Sơ đồ các bộ phận của hệ thống Hybri 6
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 2.1. Cấu tạo Hệ thống Hybrid gồm: 2.1.1. Hộp số Hybrid, bao gồm: MG1, MG2 và một hệ bánh răng hành tinh. Cụm hộp số xe hybrid bao gồm: - Động cơ điện 1 (MG1) tạo ra năng lượng điện. - Động cơ điện 2 (MG2) điều khiển xe. - Bộ bánh răng hành tinh tạo ra tỉ số truyền thay đổi và có vai trò như bộ phận phân chia công suất. - Hệ thống giảm tốc gồm: Dây xích, bánh răng trung gian, bánh răng đầu ra. - Bộ vi sai. Prius 01− Prius 03 sử dụng hộp số phân phối công suất P111. Prius 04 và các dòng sau sử dụng hộp số phân phối công suất P112. Nó tương tự như P111, nhưng cung cấp RPM nhiều hơn, nam châm vĩnh cửu hình chữ V nằm trong rotor của MG2 và thiết kế mới ở hệ thống điều khiển.[3] Dây xích Hệ thống giảm tốc Bộ bánh răng hành tinh 7 Hình 1.3: Các bộ phận của cụm hộp số.
Động cơ điện. MG1 và MG2 có chức năng là phát điện có công suất cao và hoạt động như 1 motor điện. MG1 và MG2 cũng có nhiệm vụ cung cấp năng lượng hỗ trợ cho động cơ khi cần thiết.[3] Động cơ điện MG1. MG1 có chức năng là nạp điện cho accu cao áp và cung cấp năng lượng điện để MG2 hoạt động. Ngoài ra, nó còn điều chỉnh năng lượng điện được tạo ra (bằng cách thay đổi điện trở và rpm của MG1). MG1 cũng điều chỉnh tỉ số truyền của hộp số. Nó còn đảm nhận việc khởi động động cơ.[3] . Hình 1.4: Động cơ điện số 1 (MG1). Động cơ điện MG2. MG2 tạo ra nguồn năng lượng để vận hành xe ở tốc độ thấp và bổ sung năng lượng cho động cơ đốt trong để vận hành xe ở tốc độ cao. Nó cung cấp năng lượng hỗ trợ cho động cơ khi cần thiết, giúp chiếc xe đạt được công suất cao hơn. MG2 cũng có chức năng như một máy phát điện trong quá trình phanh, tái tạo lại năng lượng mất mát do quá trình phanh. [3] 8
Hình 1.5: Động cơ điện số 2 (MG2). 2.1.2. Động cơ đốt trong ( chủ yếu là động cơ xăng) Động cơ 1NZ-FXE xăng 1,5 lít sử dụng VVT-i (hệ thống điều khiển xu páp với góc mở thay đổi thông minh) và ETCS-i (điều khiển bướm ga bằng điện tử).[3] 9
Hình 1.6: Động cơ 1NZ-FXE. 2.1.3.Hộp chuyển đổi, bao gồm: Thiết bị chuyển đổi tăng áp, bộ chuyển đổi DC-DC, và bộ chuyển đổi A/C. Bộ đổi điện chuyển điện áp một chiều của accu HV thành điện xoay chiều 3 pha để dẫn động MG1 và MG2. ECU HV điều khiển sự kích hoạt (bật/tắt) các transistor công suất. Hơn nữa, bộ chuyển đổi điện truyền những thông tin cần cho việc điều khiển dòng điện, như cường độ dòng điện ra hoặc điện áp ra đến ECU HV. Hình 1.7: Bộ chuyển đổi điện. Cùng với MG1 và MG2, bộ chyển đổi điện được làm mát bằng két nước chuyên dụng của hệ thống làm mát được tách riêng ra khỏi động cơ.[1] 10
Bộ chuyển đổi DC-AC. Bộ biến đổi nguồn tăng điện áp danh định từ 201.6V DC, điện áp đầu ra của accu cao áp tối đa là 500V DC. Để tăng điện áp, bộ biến đổi sử dụng bộ điện năng tích hợp IPB bao gồm 1 con transistor để điều khiển đóng ngắt nguồn và 1 tụ điện để tích trữ năng lượng. Khi MG1 hoặc MG2 hoạt động như 1 máy phát điện, bộ chuyển đổi chuyển dòng xoay chiều (khoảng 201.6 - 500V) được tạo ra từ 1 trong 2 động cơ thành dòng điện 1 chiều. Sau đó, bộ biến đổi nguồn giảm điện áp còn 201.6V DC để sạc cho accu cao áp. Các hệ thống phụ trên xe (như đèn chiếu sang, hệ thống âm thanh, quạt làm mát, ECU….) được cấp nguồn 12V DC. Ở dòng prius 01- 03, máy phát THS phát ra dòng có điện áp 273.6V DC thành 12V DC để sạc cho accu phụ. Ở dòng prius 04 – sau, máy phát THS-II có điện áp đầu ra danh định là 201.6V DC thành 12V DC để sạc cho accu phụ.[1] Hình 1.8: Mạch chuyển đổi DC- AC. 11
Bộ chuyển đổi A/C. Bộ chuyển đổi bao gồm: bộ chuyển đổi riêng cho hệ thống điều hòa. Chuyển đổi điện áp danh định của accu cao áp từ 201.6V DC thành 201.6V AC để cung cấp cho máy nén của hệ thống điều hòa không khí. Hình 1.9: Mạch chuyển đổi A/C. - HV ECU, tập hợp thông tin từ các cảm biến và sẽ gửi tín hiệu cho ECM, hộp chuyển đổi, bộ điều khiển kết hợp trên xe Hybrid và ECU điều khiển để điều khiển hệ thống hybrid. Accu cao áp. Accu cao áp được bọc trong một vỏ kim loại và gắn phía sau khoang hành lí. Lớp kim loại được cách điện và được phủ dưới một tấm thảm. Các chất điện phân được sử dụng trong accu là một hỗn hợp kiềm kali và natri hydroxit. Chất điện phân được hấp thụ vào các tấm pin accu và sẽ không bị rò rỉ thậm chí khi bị va chạm . Accu cao áp có 168 ngăn ((1.2V x 6 ngăn)x 28 môđun) có điện áp danh định là 201.6V. 12
Ở thế hệ thứ II có sự cải tiến hơn, accu nickel-metal đã được sử dụng. Nó giảm điện trở trong nhờ sự cải thiện những vật liệu và sự phối hợp giữa những bản cực. Công suất nạp và phát ra cao hơn 35% so với accu thế hệ cũ. Accu cao áp được nạp lại bởi MG2 trong quá trình chuyển hóa năng lượng mất mát do quá trình phanh. Accu sẽ cung cấp điện cho động cơ điện khi khởi động hoặc khi cần bổ sung năng lượng cho động cơ.[1] Hình 1.10: Accu cao áp. 3.1.1.2. Bộ bánh răng hành tinh. Bộ bánh răng hành tinh được sử dụng như là một thiết bị phân phối công suất. Bánh răng mặt trời được gắn với MG1, bánh răng bao gắn với MG2 và cần dẫn được gắn với đầu ra của động cơ. Lực được truyền từ đĩa xích đến hệ thống giảm tốc thông qua dây xích.[1] Bảng 3.3: Đầu ra của bộ bánh răng hành tinh. Loại bánh răng Gắn với Bánh răng mặt trời MG1 Bánh răng bao MG2 Cần dẫn Đầu ra động cơ 13
Cần dẫn Hình 1.11: Bộ bánh răng hành tinh. 14
3.1.1.3. Bộ giảm tốc. Hệ thống giảm tốc bao gồm dây xích, bánh răng trung gian, bánh răng đầu ra. Sử dụng mắt xích có bước xích nhỏ được để làm cho quá trình hoạt động êm dịu hơn và chiều dài của xích giảm xuống ngược với cơ cấu dẫn động bằng bánh răng. Các bánh răng trung gian và truyền động cuối đã được gia công có độ chính xác cao giúp cho quá trình hoạt động êm dịu hơn.[1] Hình 1.12: Cấu tạo bộ giảm tốc. 3.1.5. Li hợp. Li hợp sử dụng lò xo có đặc điểm là xoắn ít. Ở dòng xe prius 04 – các dòng về sau, lò xo có độ cứng giảm, hình dáng của bánh đà được giảm, được giảm tối ưu về khối lượng. Li hợp có nhiệm vụ truyền năng lượng của động cơ đến hộp số. Nó có cơ cấu hấp thụ momen xoắn sử dụng 1 đĩa ma sát khô.[2] 15
Hình 1.13: Li hợp. Bộ điều khiển kết hợp. - Điều khiển MG1, MG2 và động cơ dựa vào mô men xoắn cần thiết, lực phanh tái tạo, tình trạng accu cao áp. Những yếu tố này được xác định bởi sự thay đổi đầu ra, giá trị của gia tốc, vận tốc của xe. - Bộ điều khiển kết hợp điều khiển quá trình sạc cho accu cao áp. Làm giảm nhiệt độ của accu cao áp, MG1 và MG2. - Để đảm bảo cho quá trình ngắt mạch và bảo vệ mạch điện của xe, bộ điều khiển kết hợp sử dụng 3 rơ le trong hệ thống rơ le chính để đóng ngắt mạch điện cao áp. - Nếu bộ điều khiển kết hợp phát hiện ra sự cố xảy ra trong hệ thống hybrid. Nó sẽ kiểm soát hệ thống dựa trên các dữ liệu bên trong bộ nhớ của nó.[2] Hệ thống làm mát cho bộ chuyển đổi, MG1 và MG2. Một hệ thống làm mát chuyên dụng sử dụng 1 bơm nước để làm mát cho bộ chuyển đổi, MG1 và MG2. Hệ thống này tách biệt với hệ thống làm mát của động cơ. Hệ thống này sẽ được kích hoạt khi chuyển sang chế độ IG.[3] 16
Bình tiếp nhận. Bộ tản nhiệt (của động cơ). Bộ tản nhiệt (của bộ chuyển đổi). Bơm nước. Hình 1.14: Sơ đồ hệ thống làm mát. 2.2. Nguyên lý hoạt động Chế độ điều khiển hệ thống hybrid Khi khởi động và di chuyển với tốc độ thấp, máy phát 2 cung cấp động lực chính. Động cơ có thể hoạt động ngay lập tức nếu các pin cao áp tích nạp nguồn pin thấp. Khi tăng tốc độ trên 40km/h động cơ đốt trong sẽ bắt đầu hoạt động. Khi lái xe trong điều kiện bình thường, năng lượng của động cơ được chia thành hai đường, một phần đến bánh xe và một phần điều khiển máy phát 1 tạo ra điện, điện áp này dùng để vận hành MG2. Các ECU điện áp cao điều khiển tỷ lệ phân phối năng lượng cho hiệu quả tối đa. Trong thời gian tăng tốc hoàn toàn, năng lượng được tạo ra bởi động cơ và máy phát 1 bổ sung bằng nguồn điện từ pin cao áp. mô-men xoắn của động cơ kết hợp với mô-men xoắn máy phát 2 cung cấp năng lượng cần thiết để tăng tốc độ xe. 17
Trong quá trình giảm tốc hoặc phanh máy phát 2 hoạt động như một máy phát điện để thu hồi năng lượng tái sinh. Việc thu hồi năng lượng từ phanh được lưu trữ trong acws quy điện áp cao Khi Khởi Hành Và Tải Nhẹ (hoặc chạy lùi tay số ở vị trí R) Hình 1.15. Sơ đồ đường truyền công suất khi sử dụng động cơ điện. Khi xe khởi hành hoặc đang được lái dưới tải nhẹ, với mức điện áp của ắc-quy điện áp cao cao hơn giá trị quy định, xe hoạt động chỉ bằng công suất của MG2. Tại thời điểm này, động cơ nhiệt không hoạt động, và MG1 được quay theo chiều ngược lại mà không tạo ra điện. Nếu mức điện áp accu cao áp dưới giá trị quy định, động cơ nhiệt hoạt động thông qua mô tơ đề MG1. MG1 sử dụng điện áp từ accu cao áp. Hình 1.16 Sơ đồ truyền mômen của bộ phân chia công suất khi sử dụng động cơ điện. Ghi chú: 18
2. Khi Khởi Động Động Cơ Nhiệt Cả khi xe đang dừng hoặc đang chuyển động, khởi động động cơ nhiệt được thực hiện bởi MG1. Bởi vì, lực phát động được truyền vào thời gian này tới bánh răng bao trong bộ bánh răng hành tinh, một dòng điện được áp dụng cho MG2 để triệt tiêu lực phát động, làm bánh răng bao đứng yên (điều khiển tác động trở lại). Sơ đồ truyền mômen dưới đây, cho ta một cái nhìn trực quan về chiều quay của bộ bánh răng hành tinh, tốc độ quay, và cân bằng công suất. Trong sơ đồ truyền mômen, các giá trị vòng quay của 3 bánh răng duy trì một mối quan hệ, trong đó chúng luôn luôn được kết nối bởi một đường thẳng. Hình 1.17 Sơ đồ truyền mômen từ MG1 đến động động cơ xăng khi khởi động. Ghi chú: Khi xe chạy bình thường. 19
Trong giai đoạn chạy ở tốc độ thấp (15-40 Km/giờ), động cơ xăng chạy và cung cấp công suất. MG2 quay và làm việc như một mô tơ và cung cấp một công suất phụ thêm. MG1 thì được quay cùng hướng bởi động cơ xăng, làm việc như một máy phát và cung cấp điện năng cho MG2.Trong khi động cơ thúc đẩy các bánh xe thông qua các bánh răng hành tinh, MG1 được điều khiển qua bánh răng hành tinh để cung cấp điệp cho MG2. Khi tăng tốc Khi xe tăng tốc hoặc chạy với tốc độ trên 40km/h lực phát động của động cơ nhiệt được chia bởi các bánh răng hành tinh. Một phần của lực phát động này là công suất đầu ra trực tiếp, và lực phát động còn lại được sử dụng để tạo ra điện thông qua MG1. Thông qua việc sử dụng một đường dẫn điện của bộ biến tần, năng lượng điện được tạo ra bởi MG1 được gửi đến MG2 để tạo công suất đầu ra, năng lượng điện này như là lực phát động của MG2. Trong điều kiện tải cao hơn, năng lượng điện từ ắc- quy điện áp cao cũng được sử dụng như một lực dẫn động của MG2. Hình 1.18 Sơ đồ đƣờng truyền công suất khi sử dụng động cơ điện 20