1
Đề tài
Khai thác đặc điểm cấu tạo
và nguyên lý hoạt động của
xe Hibrid
GVHD: Khổng Văn Nguyên
SVTH : NGUYỄN ĐỨC DOANH
2
Mục lục
Chương 1. TỔNG QUAN ÔTÔ HYBRID
1.1. Khái niệm chung…………………………………............................................4
1.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid……………………………………….…4
1.3. Phân loại ôtô hybrid………………………………………………………..….5
1.3.1. Theo thời điểm phối hợp công suất………………………………………...5
1.3.1.1. Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm……………………………….….5
1.3.1.2. Phối hợp khi cần công suất cao………………………………………...…6
1.3.2. Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện……....6
1.3.2.1. Kiểu nối tiếp…………………………………………………………...…..6
1.3.2.2. Kiểu song song……………………………………………………………..7
1.3.2.3. Kiểu hỗn hợp…………………………………………………………...….8
1.3.2.4. So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất……………………………..….9
Chương 2. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ÔTÔ HYBRID
2.1. Mô hình tổng quát của ôtô hybrid…………………………………….….…10
2.2. Động cơ đốt trong………………………………………………………..…...11
2.3. Hộp số và bộ phân phối công suất (Hybrid Transaxle)……………….…...12
2.4. Motor điện và máy phát điện…………………………………………….….13
2.5. Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter)……………………....13
2.6. Ắc-quy điện áp cao. (HV Battery - High Volt Battery)…………………....14
2.7. Cáp nguồn………………………………………………………………...…..14
2.8. Ắc quy phụ……………………………………………………………...…….15
2.9. Các bộ phận khác có công dụng hỗ trợ trên ôtô hybrid……………….…..15
2.9.1. Khí động lực học/ hệ số kéo thấp……………………………………….…15
2.9.2. Ngắt tự động động cơ xăng…………………………………………….......16
2.9.3. Hộp số biến thiên vô cấp (CVT-Continuously Variable Transmission)..16
2.9.4. Hệ thống kiểm soát cầm chừng xylanh (Cylinder Idling System)………16
2.9.5. Tối ưu hóa đường khí thải…………………………………………………17
2.9.6. Pít tông ma sát nhỏ…………………………………………………………17
3
2.9.7. Công nghệ biến thiên lưu lượng khí nạp……………………………...…..17
2.9.8. Sử dụng những vật liệu tiên tiến………………………………………..…17
Chương 3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
3.1. Khởi động động cơ khi xe đang chạy……………………………………….18
3.2. Tăng tốc nhẹ với động cơ…………………………………………………….18
3.3. Tốc độ thấp ổ định……………………………………………………..…….19
3.4. Tăng tốc tối đa………………………………………………………….…….19
3.5. Tốc độ cao ổn định……………………………………………………….......19
3.6. Tốc độ tối đa…………………………………………………………….…....20
Chương 4. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN
ĐỘNG CỦA ÔTÔ HYBRID KHI PHỐI HỢP HAI DÒNG CÔNG SUẤT
4.1. Bộ truyền bánh răng hành tinh (planetary gear)…………………….…….21
4.2. Sơ đồ tổng quát của đường truyền công suất trên ôtô hybrid………….…22
4.3. Xác định công suất sinh ra sau khi phối hợp hai động cơ………………...23
4.4. Đặc tính kéo tại bánh xe chủ động………………………………….………29
4.4.1. Xác định lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động (Fk)……….…………29
4.4.2. Xác định công suất kéo tại bánh xe chủ động (Pk)……………...………..30
4.4.3. Xây dựng đặc tính kéo tại bánh xe chủ động………………….………….30
4.5. Phương pháp xác định các thông số động lực học cơ bản………..………..31
4.5.1. Xác định các lực cản chuyển động………………………………….……..31
4.5.2. Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo………………………………......…….32
4.5.3.Ứng dụng đồ thị cân bằng lực kéo để xác định các thông số động lực học
Chương 5. KẾT LUẬN…………………………………..…………37
4
Chương 1. TỔNG QUAN ÔTÔ HYBRID
1.1. Khái niệm chung
Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ
chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động cơ điện lấy năng
lượng điện từ một ắc-quy cao áp. Điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện với cơ chế
nạp “thông minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo
năng lượng. Nhờ vậy mà ôtô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng
động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết.
1.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung
không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe , nhưng đều
có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là
thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó càng cấp thiết khi mà
nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu
nhập của người dân lại tăng không đáng kể.
Các xe chạy bằng Diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập
trên thị trường gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ
sinh thái thay đổi. Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây ô
nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô
nói riêng và mọi người nói chung.
Ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các
nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong
những năm gần đây, như: hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loại
nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol,
biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid)... Phạm vi bài
viết này chỉ bàn về ôtô hybrid.
Ôtô hybrid
Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được
nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi
5
trường. Có thể nói, công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên
mới của những chiếc ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô
tô sinh thái.
Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâm nghiên
cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày
càng có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu
dùng sử dụng loại ô tô này.
Ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô pin mặt trời... cho đến nay đều tồn tại
một số nhược điểm nhất định, không dễ thực hiện với thực trạng như đất nước ta.
Trong bối cảnh đó thì ôtô hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa động cơ đốt trong và động
cơ điện) được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu thế phát triển ôtô
sạch, nhằm đáp ứng tính khắt khe môi trường đô thị, tính nguy cơ cạn kiệt nhiên
liệu.
Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid nhiệt điện hoạt
động trong phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại
đường dài hàng trăm kilômet tương đối bằng phẳng... Chứ không thể sử dụng ô tô
hybrid nhiệt điện thay hẳn các loại ôtô khác vì tính công nghệ lai còn nhiều hạn chế,
mà cái khó nhất của vấn đề này là nguồn dự trữ năng lượng điện để cấp cho động cơ
điện, vì nếu dùng bình ăcquy thông thường thì số lượng bình rất nhiều.
Trong phạm vi bài viết này chỉ bàn về dòng ôtô hybrid nhiệt điện (kết hợp
giữa động cơ đốt trong và động cơ điện) là loại ôtô hybrid thông dụng nhất hiện
nay.
1.3. Phân loại ôtô hybrid
1.3.1. Theo thời điểm phối hợp công suất
1.3.1.1. Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm
Khi ôtô bắt đầu khởi hành, motor điện sẽ hoạt động cung cấp công suất giúp
xe chuyển động và tiếp tục tăng dần lên với tốc độ khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước
khi động cơ xăng tự khởi động. Để tăng tốc nhanh từ điểm dừng, động cơ xăng phải
khởi động ngay lập tức mới có thể cung cấp công suất tối đa. Ngoài ra, motor điện
và động cơ xăng cũng hỗ trợ cho nhau khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất,