Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu của xe hybrid 271299
- 60 trang
- file .pdf
ĐÀO TIẾN THỊNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
ĐÀO TIẾN THỊNH
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH KINH TẾ
NHIÊN LIỆU CỦA XE HYBRID
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGHÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
KHOÁ: 2011A
Hà Nội - Năm 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
ĐÀO TIẾN THỊNH
PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH KINH TẾ NHIÊN
LIỆU CỦA XE HYBRID
Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGHÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. ĐÀM HOÀNG PHÚC
Hà Nội - Năm 2012
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
thầy giáo TS. ĐÀM HOÀNG PHÚC đề tài được thực hiện tại bộ môn Ô tô và xe
chuyên dụng, viện cơ khí động lực Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Các số
liệu, kết quả trình bày trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào tại Việt nam.
Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2012
Tác giả
Đào Tiến Thịnh
1
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 1
MỤC LỤC .................................................................................................................. 2
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................... 5
Danh mục các bảng ................................................................................................... 7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ................................................................................... 8
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................... 10
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID ..................................................... 11
1.1 Lịch sử phát triển ...................................................................................... 11
1.2 Khái niệm xe Hybrid ................................................................................. 11
1.2.1 Định nghĩa ôtô Hybrid................................................................................ 11
1.2.2 Các chế độ điều khiển làm việc chung xe Hybrid ..................................... 12
1.2.3 Đặc tính động cơ đốt trong ......................................................................... 14
1.2.4 Đặc tính động cơ điện................................................................................. 15
1.3 Phân loại ..................................................................................................... 15
1.3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất ........................................................... 15
1.3.1.1 Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm ....................................................... 15
1.3.1.2 Phối hợp khi cần công suất cao ................................................................... 16
1.3.2 Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện ........ 16
1.3.2.1 Kiểu nối tiếp ................................................................................................ 16
1.3.2.2 Kiểu song song ............................................................................................ 18
1.3.2.3 Kiểu hỗn hợp ............................................................................................... 20
1.3.2.4 So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất .................................................... 21
1.4 Ƣu nhƣợc điểm của xe Hybrid ................................................................. 21
1.4.1 Ưu điểm ....................................................................................................... 21
1.4.2 Nhược điểm ................................................................................................. 22
1.5 Cấu tạo chung của xe hybrid .................................................................... 22
CHƢƠNG II: TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU ..................................................... 24
2.1 Xu hƣớng .................................................................................................... 24
2.2 Chỉ tiêu đánh giá tính kinh tế của nhiên liệu .......................................... 24
2
2.3 Cách thức kiểm tra .................................................................................... 25
2.3.1 Cách thức kiểm tra cũ ................................................................................ 25
2.3.2 Các yếu tố thực tế ảnh hưởng đến phương pháp kiểm tra cũ .................. 27
2.3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh ........................................ 27
2.3.2.2 Kiểm tra chuyển đông 4 bánh ...................................................................... 27
2.3.2.3 Lực cản lăn .................................................................................................. 27
2.3.2.4 Sức cản của khí động học ............................................................................ 28
2.3.2.5 Tải trọng xe .................................................................................................. 28
2.3.2.6 Kỹ năng lái................................................................................................... 29
2.3.2.7 Chu trình lái xe ............................................................................................ 29
2.3.2.8 A / C và phụ kiện.......................................................................................... 29
2.3.2.9 Địa hình, đường cong và độ cao ................................................................. 30
2.3.2.10 Thời tiết ........................................................................................................ 30
2.3.3 Cách thức kiểm tra mới .............................................................................. 30
- Tầm quan trọng của yếu tố có trọng số ....................................................... 33
- Sự thay đổi trong vốn từ: Thành phố và quốc lộ ......................................... 34
- Thời kì chuyển tiếp: 2008-2010 ................................................................... 35
2.3.4 Cách thức kiểm tra tính kinh tế nhiên liệu cho xe HEV .......................... 35
CHƢƠNG III : CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU37
3.1 Các yếu tố kỹ thuật xe ............................................................................... 37
3.1.1 Độ nhớt động cơ ......................................................................................... 37
3.1.2 Các góc đặt bánh xe .................................................................................... 37
3.1.3 Lốp xe .......................................................................................................... 38
3.1.3.1 Áp suất lốp ................................................................................................... 38
3.1.3.2 Hệ số cản lăn: nhân tố khác: nhiệt độ ......................................................... 39
3.1.3.3 Hệ số cản lăn: nhân tố khác: tỷ lệ lốp ......................................................... 39
3.1.3.4 Hệ số cản lăn: nhân tố khác: vận tốc xe ..................................................... 40
3.2 Các yếu tố vận hành của ngƣời lái ........................................................... 40
3.2.1 Phanh gấp ................................................................................................... 40
3.2.2 Đóng mở điều hoà và cửa sổ ...................................................................... 41
3.2.2.1 Điều hòa không khí ...................................................................................... 41
3
3.2.2.2 Phương trình tổn thất nhiên liệu do A / C ................................................... 41
3.2.2.3 Mở cửa sổ (cửa nóc) thông gió................................................................... 43
3.2.2.4 Tổn thất tính kinh tế nhiên do mở cửa sổ .................................................... 44
3.2.2.5 So sánh tính kinh tế nhiên liệu giữa mở cửa và mở A / C ........................... 44
3.2.3 Tăng tốc nhanh ........................................................................................... 46
3.2.4 Tốc độ xe ..................................................................................................... 49
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 56
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 57
1. Đƣờng chuyển vận tốc ............................................................................... 57
2. Đơn vị chuyển đồi ...................................................................................... 58
4
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt:
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
ĐCĐT Động cơ đốt trong
ECM Bộ phận điều khiển điện tử cho động cơ
HV ECU ECU điều khiển kết hợp trên ô tô
kg/m3 Mật độ khí quyển
CD Hệ số cản không khí
GVWR Tải trọng
FE mpg Tính kinh tế nhiên liệu
W lb Trọng lượng xe
m kg Khối lượng xe
FE1 mpg Tính kinh tế nhiên liệu trong thành phố
F1 mpg Tính kinh tế nhiên liệu chu trình FTP
F2 mpg Tính kinh tế nhiên liệu chu trình US06
F3 mpg Tính kinh tế nhiên liệu chu trình SC03
F4 mpg Tính kinh tế nhiên liệu chu trình lạnh FTP
W1, W2,
Các trọng số
W3, W4
Hệ số xét đến ảnh hưởng của năng lượng đến tính kinh tế
nhiên liệu khi xe hoạt động ở các điều kiện khác nhau
TKTNL Tính kinh tế nhiên liệu
f Hệ số cản lăn
AR Tỷ lệ lốp
H mm Chiều dày mặt cắt lốp
W mm Chiều rộng lốp
lb / [(hp)
BSFB,B Suất tiêu hao nhiên liệu cho động cơ
(h)]
5
PE hp Công suất động cơ
Công suất cần thiết để di chuyển chiếc xe khi mở hoặc tắt
PQ hp
A/C
PRA/ C hp Công suất trung bình của A/C
PRCO hp Công suất cản lăn ở VC0
VC0 mph Vận tốc mà tại đó lực cản gió lớn hơn lực cản lăn
V mph Vận tốc xe
G lb/gal Tỷ trọng của nhiên liệu
CD Tỷ lệ gia tăng hệ số cản
CDO Hệ số cản gió khi mở cửa
CD Hệ số gia tăng lực cản không khí khi mở cửa sổ
Wf Lượng nhiên liệu sử dụng để tăng tốc nhanh
a m/s2 Gia tốc dọc
F N Lực quán tính
t’ Thời gian không thứ nguyên
Công suất không thứ nguyên
PD hp Công suất cản không khí
6
Danh mục các bảng:
Số hiệu
Tên bảng Trang
bảng
So sánh ưu nhược điểm giữa 3 kiểu hệ thống phối hợp
Bảng 1 22
công suất
Thông tin chi tiết của chu trình lái xe EPA thành phố và
đường cao tốc sử dụng trong năm 2007 và ước tính
Bảng 2
những năm trước về tính kinh tế nhiên liệu thành phố và 27
đường cao tốc.
Thông tin chi tiết của chu trình lái xe EPA thành phố và
Bảng 3:
đường cao tốc 35
Bảng 4: Năm chu trình thử nghiệm (lái xe) EPA 36
Xác định thử nghiệm để sử dụng các ước tính chi phí
Bảng 5: 36
nhiên liệu thành phố và quốc lộ
Một số kết quả tính kinh tế nhiên liệu mất mát do sử
Bảng 6:
dụng dầu nhớt sai 40
Bảng 7: Số liệu từ đồ thị 41
Tính kinh tế nhiên liệu được cải thiện do cách nhiệt
Bảng 8: 46
Cabin với giảm tải A/ C của chiếc Cadillac STS 2005
Kết quả thực nghiệm tính kinh tế nhiên liệu do cửa sổ mở
Bảng 9: 47
hoặc sử dụng A/C
Kết quả tính toán cho các trọng lượng nhiên liệu cần thiết
Bảng 10:
để tăng tốc. 51
Bảng giá trị phân đoạn cho các điều khoản trong phương
Bảng 11: 54
trình 28 cho tính kinh tế nhiên liệu.
7
Danh mục các hình vẽ:
Hình 1.1 Sơ đồ các chế độ điều khiển 13
Hình 1.2 15
Hình 1.3 Đặc tính công suất,mômen của động cơ điện 16
Hình 1.4a Hệ thống Hybrid nối tiếp 18
Hình 1.4b Sơ đồ truyền động Hybrid nối tiếp 18
Hình 1.5a Hệ thống Hybrid song song 20
Hình 1.5b Sơ đồ truyền động hệ thống Hybrid song song 20
Hình 1.6a Hệ thống Hybrid hỗn hợp 21
Hình 1.6b Sơ đồ truyền động hệ thống Hybrid hỗn hợp 22
Hình 1.7 Một dạng ôtô Hybrid kiểu hỗn hợp 23
Hình 2.1 Xe vị trí trên băng thử trong một cơ sở thử nghiệm của
28
EPA.
Hình 2.2 Kiểm tra bên trong xe một cơ sở thử nghiệm của EPA. 28
Hình 2.3 Nhãn dán chỉ số kinh tế nhiên liệu 33
Đánh giá nguồn dầu mỏ có thể cho thấy API đánh giá với
Hình 3.1 39
sự đồng nhất của "Bảo tồn năng lượng" khi thích hợp.
Lực ngang của lốp xe như là một chức năng của góc
Hình 3.2 40
trượt.
Cho thấy các điểm tiếp xúc lốp cho lốp xe AR thấp và
Hình 3.3 42
cao cùng với vị trí của CP tại các điểm tiếp xúc.
Hình 3.4 Tiêu thụ nhiên liệu trong quá trình phanh. 43
Tỷ lệ phần trăm mất mát tính kinh tế nhiên liệu là một
chức năng của vận tốc xe A / C và thêm lực không khí do
Hình 3.5 47
cửa sổ mở để thông gió. Ngoài ra, minh hoạ của vận tốc
bằng VE.
Hình 3.6 Đường đặc tính động cơ và suất tiêu hao nhiên liệu. 53
Hình 3.7 Quan hệ giữa tính kinh tế nhiên liệu với vận tốc xe sedan 55
8
V-8. Tốc độ tối ưu là 48 mph.
Ảnh hưởng của tỷ số truyền cố đinh hộp số dẫn tốc độ
Hình 3.8 56
hành trình tối ưu.
Hình 3.9 Quan hệ tính kinh tế nhiên liệu với vận tốc xe sedan V-6. 56
9
LỜI NÓI ĐẦU
Trong nhiều năm trở lại đây, thế giới phải đối mặt với những vấn đề lớn như ô
nhiễm môi trường, sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch... Để khắc phục những
vần đề khó khăn nói trên, cùng với các ngành khoa học công nghệ khác thì ngành
công nghiệp ôtô kết hợp với các trung tâm, cơ sở nghiên cứu công nghệ khắp nơi
trên thế giới đã tìm cách cải tiến và thay thế các công nghệ trên xe hơi nhằm giảm
sự phát thải ô nhiễm và giảm sự tiêu hao hoặc phụ thuộc vào nhiên liệu xăng dầu
khi xe hoạt động. Đã có một vài công nghệ hiện đại và tối ưu hơn được áp dụng cho
xe hơi, trong số đó thì công nghệ Hybrid đã và đang được áp dụng rộng rãi trong
ngành chế tạo ôtô, hứa hẹn là công nghệ cho tương lai.Có rất nhiều mẫu xe hơi của
các hãng nổi tiếng đã thu được thành công khi tung ra thị trường như: Toyota Prius,
Honda Insight, Chevrolet Silverado Hybrid,… Trong khi đó, ở Việt Nam các đề tài
nghiên cứu về công nghệ Hybrid trên ôtô còn hạn chế.
Với những thành công và sự cần thiết của công nghệ Hybrid như đã nêu trên.
Tác giả đã mạnh dạn chọn đề tài “Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính kinh tế
nhiên liệu của xe Hybrid” làm luận văn tốt nghiệp. Với sự nỗ lực và cố gắng của
bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình, hết lòng của thầy giáo hướng dẫn TS.
Đàm Hoàng Phúc - Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả đã hoàn thành được đề
tài này.
Tuy nhiên, do đây là một đề tài mới, thời gian có hạn cũng như còn hạn chế
nhiều về tài liệu và kiến thức thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, Tác
giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên.
Hà nội, ngày 25 -12 - 2012
Đào Tiến Thịnh
10
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID
1.1 Lịch sử phát triển [1]
1839: Robert Anderson của vùng Aberdeen-Scotland đã xây dựng chiếc xe điện đầu
tiên.
1870: David Salomon đã phát triển một chiếc ô tô với một động cơ điện nhỏ và
bình ắc quy rất lớn. Nó vận hành nhanh nhưng phạm vi thì rất khiêm tốn.
1886: Trong lịch sử từng có loại taxi chạy bằng động cơ điện, sử dụng bình ắc quy
28 ngăn và động cơ loại nhỏ, lần đầu tiên xuất hiện ở Anh Quốc.
1888: Immisch & Company xây dựng thùng xe 4 chỗ ngồi, động cơ có công suất 1
sức ngựa và 24 ngăn ắc quy, cho nhà vua của đế chế Ottoman. Cũng vào năm đó,
Magnus Volk ở Brighton, Anh quốc đã chế tạo ra một chiết ô tô điện ba bánh.
1897: Công ty xe điện London bắt đầu phục vụ bằng chiếc ô tô thiết kế bởi Walter
Bersey. Chiếc xe Bersey với 40 ngăn ắc quy và động cơ điện 3 mã lực, có thể vận
hành 80km mỗi lần nạp điện. Cũng trong năm đó, công ty Pope Manufacturing ở
Hartford, Connecticut, đã sản xuất 500 chiếc ô tô điện trong hơn hai năm.
1898: Ferdinand Porsche ở tuổi 23, sản xuất chiếc xe đầu tiên của ông ta, chiếc
Lohner Electric Chaise. Nó là chiếc xe dẫn động đầu tiên trên thế giới, chiếc xe thứ
hai của Porsche là một chiếc Hybrid, sử dụng một động cơ đốt trong, lai theo một
máy phát điện, và động cơ điện được đặt ở trục bánh xe. Chỉ riêng với bình ắc quy,
chiếc xe có thể di chuyển được 64km.
1900: Vào năm này, các công ty xe hơi của Mỹ đã sản xuất 1681 chiếc xe hơi nước,
1575 xe điện và 936 xe chạy xăng. Trong một cuộc thăm dò ở triển lãm ô tô Quốc tế
đầu tiên ở NewYork, xe điện được ưa thích nhất, tiếp theo là xe hơi nước.
1995: Toyota quyết định tạo một cuộc cách mạng với dòng xe Hybrid, dòng xe lai
sử dụng năng lượng tổ hợp nhiên liệu và điện. Tháng 6.1995, Toyota bắt đầu hoàn
tất công đoạn chuẩn bị cuối cùng để đưa mẫu xe G21, nay có tên là Prius, có thể sản
xuất hàng loạt từ năm 1998.
1.2 Khái niệm xe Hybrid
1.2.1 Định nghĩa ôtô Hybrid
11
Ôtô Hybrid là dòng ôtô sử dụng kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường
với một nguồn năng lượng khác. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định sử dụng nguồn
năng lượng nào, tức là khi nào dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng nguồn năng
lượng kia, khi nào dùng vận hành đồng bộ[1].
1.2.2 Các chế độ điều khiển làm việc chung xe Hybrid
Hình 1.1: Sơ đồ các chế độ điều khiển
1. Động cơ đốt trong một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy. Chế độ này
được sử dụ
.
2. Động cơ điện một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy. Chế độ này được
sử dụng khi xe chạy ở ốc độ thấp, hay địa hình
hạn chế phát thải ô nhiễm. Do đ
12
.
3. Cả hai động cơ đốt trong và điện truyền năng lượng để đẩy xe chạy. Chế độ
này được sử dụng trong quá trình tăng tốc hay leo dố
.
4. Ắc quy thu năng lượng từ tải (phanh tái sinh). Trong quá trình phanh năng
lượng được thu hồi và lưu tại pin để tái sử dụng sau thông qua một động cơ điệ
.
5. Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong. Chế độ mà động cơ đốt trong
nạp năng lượng cho pin khi xe dừng lại lúc đó không có năng lượng đi tới tả
.
6. Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong và từ tải đồng thời. Khi xe
xuống dố
.
7. Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và ắc quy đồng thờ
.
8. Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới ắc quy và động cơ điện nhận năng
lượng từ ắc quy truyền tới tải.
9. Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và tải truyền năng lượng tới ắc
quy thông qua động cơ điện.
13
1.2.3 Đặc tính động cơ đốt trong
Hình 1.2: ngoài [2]
Hình 1.2 ngoài
tối ưu xe (đư
nhất tương ứng với từng giá trị động cơ
. Tuy nhiên vùng hoạt động tối ưu của động cơ đốt trong chỉ giới hạn trong
khoảng nhỏ ( khi động cơ hoạt động ở số vòng quay trung bình và mômen lớn ) và
xe không làm việc nhiều trong vùng này. Do vậy, với sự hỗ trợ hoạt động của động
cơ điện, ta có thể thu hẹp dải làm việc của
.
14
1.2.4 Đặc tính động cơ điện.
Hình 1.3: Đặc tính công suất,mômen của động cơ điện [2]
Đặc tính mômen cơ của động cơ điện như hình 1.3 cho ta thấy tại số vòng
quay nhỏ mômen của động cơ cao, do đó sử dụng động cơ điện để khởi hành rất
thích hợp. Còn khi số vòng quay vượt quá số vòng quay định mức thì khi tiếp tục
tăng, đường mômen là đường hypebol bậc 2 (số vòng quay tăng thì mômen giảm)
đường này cũng phù hợp với đặc tính tải của bánh xe. Do vậy nếu kết hợp được
động cơ đốt trong và động cơ điện trên xe hybrid sẽ tăng được hiệu suất làm việc
của xe.
1.3 Phân loại
1.3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất
1.3.1.1 Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm
, motor điện sẽ ấ
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,
như khi leo dốc, leo núi hoặc vượt qua xe khác. Do motor điện được sử dụng nhiều
ở tốc độ thấp, nên loại này có khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi lái ở đường phố hơn
15
là khi đi trên đường cao tốc. Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai dòng điển
hình thuộc loại này [1,2].
1.3.1.2 Phối hợp khi cần công suất cao
Motor điện hỗ trợ động cơ xăng chỉ khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công
suất, như trong quá trình tăng tốc nhanh từ điểm dừng, khi leo dốc hoặc vượt qua xe
khác, còn trong điều kiện bình thường xe vẫn chạy bằng động cơ xăng. Do đó,
những chiếc Hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi đi trên đường cao tốc vì đó
là khi động cơ xăng ít bị gánh nặng nhất. Điển hình là Honda Civic Hybrid và
Honda Insight thuộc loại thứ hai [1,2]. Cả hai loại này đều lấy công suất từ pin khi
motor điện được sử dụng và đương nhiên nó sẽ làm yếu công suất của pin. Tuy
nhiên, một chiếc xe Hybrid không cần phải cắm vào một nguồn điện để sạc bởi vì
nó có khả năng tự sạc.
1.3.2 Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện
1.3.2.1 Kiểu nối tiếp
Hệ thống truyền lực loại này có các bộ phận chính như : động cơ đốt trong,
máy phát, ắc quy, bộ chuyển đổi điện, động cơ điện, hệ truyền lực và vi sai ( hình
1.4b).
Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của
động cơ nhiệt là kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc quy hoặc
cung cấp cho động cơ điện .
16
Hình 1.4a. Hệ thống Hybrid nối tiếp
Hình 1.4b. Sơ đồ truyền động Hybrid nối tiếp
Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp bình ắc quy và một sẽ dùng
chạy động cơ điện. Động cơ điện ở đây có vai trò truyền công suất tới truyền lực
chính và bánh xe chủ động để đẩy xe ,nhưng nó cũng có thể hoạt động như một máy
phát điện (tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh (hình
1.4a).
17
Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ chỉ làm việc ở một vùng tối ưu xác định nên giảm
được ô nhiễm môi trường, tăng được hiệu suất chung của xe. Sơ đồ này có thể
không cần hộp số do động cơ điện trên xe có đặc tính gần giống với đặc tính kéo
của xe.
Nhược điểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như:
Kích thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song. Động cơ điện
là nguồn động lực duy nhất để kéo xe do đó cần có công suất lớn, kích thước lớn để
đáp ứng khả năng vận hành của xe. Bên cạnh đó, năng lượng từ động cơ đốt trong
bị biến đổi hai lần làm giảm hiệu suất.
1.3.2.2 Kiểu song song
Cũng giống như kiểu hybrid trên ,ở đây cũng có đầy đủ các bộ phận chính đảm
nhiệm các chức năng của xe hybrid .Tuy nhiên ,ở sơ đồ này không cần có máy phát
,năng lượng truyền từ động cơ đốt trong đến bánh xe chủ động không qua chuyển
đổi cơ - điện - cơ. Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song. Cả
động cơ đốt trong và động cơ điện cùng truyền lực tới trục bánh xe với mức độ tuỳ
theo các điều kiện hoạt động khác nhau (hình 1.5b). Ở hệ thống này động cơ đốt
trong đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền mômen chính còn động cơ điện chỉ
đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc. Ở hệ thống hybrid này không cần
dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tính năng hai chiều có thể làm nhiệm
vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt động bình thường.Năng lượng ít tổn
thất cho các cơ cấu truyền động trung gian, có thể có thêm một động cơ điện nhỏ
hơn làm nhiệm vụ khởi động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để
nạp điện cho ắc quy (hình 1.5a).
18
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
ĐÀO TIẾN THỊNH
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH KINH TẾ
NHIÊN LIỆU CỦA XE HYBRID
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGHÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
KHOÁ: 2011A
Hà Nội - Năm 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
ĐÀO TIẾN THỊNH
PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH KINH TẾ NHIÊN
LIỆU CỦA XE HYBRID
Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGHÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. ĐÀM HOÀNG PHÚC
Hà Nội - Năm 2012
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
thầy giáo TS. ĐÀM HOÀNG PHÚC đề tài được thực hiện tại bộ môn Ô tô và xe
chuyên dụng, viện cơ khí động lực Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Các số
liệu, kết quả trình bày trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào tại Việt nam.
Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2012
Tác giả
Đào Tiến Thịnh
1
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 1
MỤC LỤC .................................................................................................................. 2
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................... 5
Danh mục các bảng ................................................................................................... 7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ................................................................................... 8
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................... 10
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID ..................................................... 11
1.1 Lịch sử phát triển ...................................................................................... 11
1.2 Khái niệm xe Hybrid ................................................................................. 11
1.2.1 Định nghĩa ôtô Hybrid................................................................................ 11
1.2.2 Các chế độ điều khiển làm việc chung xe Hybrid ..................................... 12
1.2.3 Đặc tính động cơ đốt trong ......................................................................... 14
1.2.4 Đặc tính động cơ điện................................................................................. 15
1.3 Phân loại ..................................................................................................... 15
1.3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất ........................................................... 15
1.3.1.1 Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm ....................................................... 15
1.3.1.2 Phối hợp khi cần công suất cao ................................................................... 16
1.3.2 Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện ........ 16
1.3.2.1 Kiểu nối tiếp ................................................................................................ 16
1.3.2.2 Kiểu song song ............................................................................................ 18
1.3.2.3 Kiểu hỗn hợp ............................................................................................... 20
1.3.2.4 So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất .................................................... 21
1.4 Ƣu nhƣợc điểm của xe Hybrid ................................................................. 21
1.4.1 Ưu điểm ....................................................................................................... 21
1.4.2 Nhược điểm ................................................................................................. 22
1.5 Cấu tạo chung của xe hybrid .................................................................... 22
CHƢƠNG II: TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU ..................................................... 24
2.1 Xu hƣớng .................................................................................................... 24
2.2 Chỉ tiêu đánh giá tính kinh tế của nhiên liệu .......................................... 24
2
2.3 Cách thức kiểm tra .................................................................................... 25
2.3.1 Cách thức kiểm tra cũ ................................................................................ 25
2.3.2 Các yếu tố thực tế ảnh hưởng đến phương pháp kiểm tra cũ .................. 27
2.3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh ........................................ 27
2.3.2.2 Kiểm tra chuyển đông 4 bánh ...................................................................... 27
2.3.2.3 Lực cản lăn .................................................................................................. 27
2.3.2.4 Sức cản của khí động học ............................................................................ 28
2.3.2.5 Tải trọng xe .................................................................................................. 28
2.3.2.6 Kỹ năng lái................................................................................................... 29
2.3.2.7 Chu trình lái xe ............................................................................................ 29
2.3.2.8 A / C và phụ kiện.......................................................................................... 29
2.3.2.9 Địa hình, đường cong và độ cao ................................................................. 30
2.3.2.10 Thời tiết ........................................................................................................ 30
2.3.3 Cách thức kiểm tra mới .............................................................................. 30
- Tầm quan trọng của yếu tố có trọng số ....................................................... 33
- Sự thay đổi trong vốn từ: Thành phố và quốc lộ ......................................... 34
- Thời kì chuyển tiếp: 2008-2010 ................................................................... 35
2.3.4 Cách thức kiểm tra tính kinh tế nhiên liệu cho xe HEV .......................... 35
CHƢƠNG III : CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU37
3.1 Các yếu tố kỹ thuật xe ............................................................................... 37
3.1.1 Độ nhớt động cơ ......................................................................................... 37
3.1.2 Các góc đặt bánh xe .................................................................................... 37
3.1.3 Lốp xe .......................................................................................................... 38
3.1.3.1 Áp suất lốp ................................................................................................... 38
3.1.3.2 Hệ số cản lăn: nhân tố khác: nhiệt độ ......................................................... 39
3.1.3.3 Hệ số cản lăn: nhân tố khác: tỷ lệ lốp ......................................................... 39
3.1.3.4 Hệ số cản lăn: nhân tố khác: vận tốc xe ..................................................... 40
3.2 Các yếu tố vận hành của ngƣời lái ........................................................... 40
3.2.1 Phanh gấp ................................................................................................... 40
3.2.2 Đóng mở điều hoà và cửa sổ ...................................................................... 41
3.2.2.1 Điều hòa không khí ...................................................................................... 41
3
3.2.2.2 Phương trình tổn thất nhiên liệu do A / C ................................................... 41
3.2.2.3 Mở cửa sổ (cửa nóc) thông gió................................................................... 43
3.2.2.4 Tổn thất tính kinh tế nhiên do mở cửa sổ .................................................... 44
3.2.2.5 So sánh tính kinh tế nhiên liệu giữa mở cửa và mở A / C ........................... 44
3.2.3 Tăng tốc nhanh ........................................................................................... 46
3.2.4 Tốc độ xe ..................................................................................................... 49
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 56
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 57
1. Đƣờng chuyển vận tốc ............................................................................... 57
2. Đơn vị chuyển đồi ...................................................................................... 58
4
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt:
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
ĐCĐT Động cơ đốt trong
ECM Bộ phận điều khiển điện tử cho động cơ
HV ECU ECU điều khiển kết hợp trên ô tô
kg/m3 Mật độ khí quyển
CD Hệ số cản không khí
GVWR Tải trọng
FE mpg Tính kinh tế nhiên liệu
W lb Trọng lượng xe
m kg Khối lượng xe
FE1 mpg Tính kinh tế nhiên liệu trong thành phố
F1 mpg Tính kinh tế nhiên liệu chu trình FTP
F2 mpg Tính kinh tế nhiên liệu chu trình US06
F3 mpg Tính kinh tế nhiên liệu chu trình SC03
F4 mpg Tính kinh tế nhiên liệu chu trình lạnh FTP
W1, W2,
Các trọng số
W3, W4
Hệ số xét đến ảnh hưởng của năng lượng đến tính kinh tế
nhiên liệu khi xe hoạt động ở các điều kiện khác nhau
TKTNL Tính kinh tế nhiên liệu
f Hệ số cản lăn
AR Tỷ lệ lốp
H mm Chiều dày mặt cắt lốp
W mm Chiều rộng lốp
lb / [(hp)
BSFB,B Suất tiêu hao nhiên liệu cho động cơ
(h)]
5
PE hp Công suất động cơ
Công suất cần thiết để di chuyển chiếc xe khi mở hoặc tắt
PQ hp
A/C
PRA/ C hp Công suất trung bình của A/C
PRCO hp Công suất cản lăn ở VC0
VC0 mph Vận tốc mà tại đó lực cản gió lớn hơn lực cản lăn
V mph Vận tốc xe
G lb/gal Tỷ trọng của nhiên liệu
CD Tỷ lệ gia tăng hệ số cản
CDO Hệ số cản gió khi mở cửa
CD Hệ số gia tăng lực cản không khí khi mở cửa sổ
Wf Lượng nhiên liệu sử dụng để tăng tốc nhanh
a m/s2 Gia tốc dọc
F N Lực quán tính
t’ Thời gian không thứ nguyên
Công suất không thứ nguyên
PD hp Công suất cản không khí
6
Danh mục các bảng:
Số hiệu
Tên bảng Trang
bảng
So sánh ưu nhược điểm giữa 3 kiểu hệ thống phối hợp
Bảng 1 22
công suất
Thông tin chi tiết của chu trình lái xe EPA thành phố và
đường cao tốc sử dụng trong năm 2007 và ước tính
Bảng 2
những năm trước về tính kinh tế nhiên liệu thành phố và 27
đường cao tốc.
Thông tin chi tiết của chu trình lái xe EPA thành phố và
Bảng 3:
đường cao tốc 35
Bảng 4: Năm chu trình thử nghiệm (lái xe) EPA 36
Xác định thử nghiệm để sử dụng các ước tính chi phí
Bảng 5: 36
nhiên liệu thành phố và quốc lộ
Một số kết quả tính kinh tế nhiên liệu mất mát do sử
Bảng 6:
dụng dầu nhớt sai 40
Bảng 7: Số liệu từ đồ thị 41
Tính kinh tế nhiên liệu được cải thiện do cách nhiệt
Bảng 8: 46
Cabin với giảm tải A/ C của chiếc Cadillac STS 2005
Kết quả thực nghiệm tính kinh tế nhiên liệu do cửa sổ mở
Bảng 9: 47
hoặc sử dụng A/C
Kết quả tính toán cho các trọng lượng nhiên liệu cần thiết
Bảng 10:
để tăng tốc. 51
Bảng giá trị phân đoạn cho các điều khoản trong phương
Bảng 11: 54
trình 28 cho tính kinh tế nhiên liệu.
7
Danh mục các hình vẽ:
Hình 1.1 Sơ đồ các chế độ điều khiển 13
Hình 1.2 15
Hình 1.3 Đặc tính công suất,mômen của động cơ điện 16
Hình 1.4a Hệ thống Hybrid nối tiếp 18
Hình 1.4b Sơ đồ truyền động Hybrid nối tiếp 18
Hình 1.5a Hệ thống Hybrid song song 20
Hình 1.5b Sơ đồ truyền động hệ thống Hybrid song song 20
Hình 1.6a Hệ thống Hybrid hỗn hợp 21
Hình 1.6b Sơ đồ truyền động hệ thống Hybrid hỗn hợp 22
Hình 1.7 Một dạng ôtô Hybrid kiểu hỗn hợp 23
Hình 2.1 Xe vị trí trên băng thử trong một cơ sở thử nghiệm của
28
EPA.
Hình 2.2 Kiểm tra bên trong xe một cơ sở thử nghiệm của EPA. 28
Hình 2.3 Nhãn dán chỉ số kinh tế nhiên liệu 33
Đánh giá nguồn dầu mỏ có thể cho thấy API đánh giá với
Hình 3.1 39
sự đồng nhất của "Bảo tồn năng lượng" khi thích hợp.
Lực ngang của lốp xe như là một chức năng của góc
Hình 3.2 40
trượt.
Cho thấy các điểm tiếp xúc lốp cho lốp xe AR thấp và
Hình 3.3 42
cao cùng với vị trí của CP tại các điểm tiếp xúc.
Hình 3.4 Tiêu thụ nhiên liệu trong quá trình phanh. 43
Tỷ lệ phần trăm mất mát tính kinh tế nhiên liệu là một
chức năng của vận tốc xe A / C và thêm lực không khí do
Hình 3.5 47
cửa sổ mở để thông gió. Ngoài ra, minh hoạ của vận tốc
bằng VE.
Hình 3.6 Đường đặc tính động cơ và suất tiêu hao nhiên liệu. 53
Hình 3.7 Quan hệ giữa tính kinh tế nhiên liệu với vận tốc xe sedan 55
8
V-8. Tốc độ tối ưu là 48 mph.
Ảnh hưởng của tỷ số truyền cố đinh hộp số dẫn tốc độ
Hình 3.8 56
hành trình tối ưu.
Hình 3.9 Quan hệ tính kinh tế nhiên liệu với vận tốc xe sedan V-6. 56
9
LỜI NÓI ĐẦU
Trong nhiều năm trở lại đây, thế giới phải đối mặt với những vấn đề lớn như ô
nhiễm môi trường, sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch... Để khắc phục những
vần đề khó khăn nói trên, cùng với các ngành khoa học công nghệ khác thì ngành
công nghiệp ôtô kết hợp với các trung tâm, cơ sở nghiên cứu công nghệ khắp nơi
trên thế giới đã tìm cách cải tiến và thay thế các công nghệ trên xe hơi nhằm giảm
sự phát thải ô nhiễm và giảm sự tiêu hao hoặc phụ thuộc vào nhiên liệu xăng dầu
khi xe hoạt động. Đã có một vài công nghệ hiện đại và tối ưu hơn được áp dụng cho
xe hơi, trong số đó thì công nghệ Hybrid đã và đang được áp dụng rộng rãi trong
ngành chế tạo ôtô, hứa hẹn là công nghệ cho tương lai.Có rất nhiều mẫu xe hơi của
các hãng nổi tiếng đã thu được thành công khi tung ra thị trường như: Toyota Prius,
Honda Insight, Chevrolet Silverado Hybrid,… Trong khi đó, ở Việt Nam các đề tài
nghiên cứu về công nghệ Hybrid trên ôtô còn hạn chế.
Với những thành công và sự cần thiết của công nghệ Hybrid như đã nêu trên.
Tác giả đã mạnh dạn chọn đề tài “Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính kinh tế
nhiên liệu của xe Hybrid” làm luận văn tốt nghiệp. Với sự nỗ lực và cố gắng của
bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình, hết lòng của thầy giáo hướng dẫn TS.
Đàm Hoàng Phúc - Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả đã hoàn thành được đề
tài này.
Tuy nhiên, do đây là một đề tài mới, thời gian có hạn cũng như còn hạn chế
nhiều về tài liệu và kiến thức thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, Tác
giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên.
Hà nội, ngày 25 -12 - 2012
Đào Tiến Thịnh
10
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID
1.1 Lịch sử phát triển [1]
1839: Robert Anderson của vùng Aberdeen-Scotland đã xây dựng chiếc xe điện đầu
tiên.
1870: David Salomon đã phát triển một chiếc ô tô với một động cơ điện nhỏ và
bình ắc quy rất lớn. Nó vận hành nhanh nhưng phạm vi thì rất khiêm tốn.
1886: Trong lịch sử từng có loại taxi chạy bằng động cơ điện, sử dụng bình ắc quy
28 ngăn và động cơ loại nhỏ, lần đầu tiên xuất hiện ở Anh Quốc.
1888: Immisch & Company xây dựng thùng xe 4 chỗ ngồi, động cơ có công suất 1
sức ngựa và 24 ngăn ắc quy, cho nhà vua của đế chế Ottoman. Cũng vào năm đó,
Magnus Volk ở Brighton, Anh quốc đã chế tạo ra một chiết ô tô điện ba bánh.
1897: Công ty xe điện London bắt đầu phục vụ bằng chiếc ô tô thiết kế bởi Walter
Bersey. Chiếc xe Bersey với 40 ngăn ắc quy và động cơ điện 3 mã lực, có thể vận
hành 80km mỗi lần nạp điện. Cũng trong năm đó, công ty Pope Manufacturing ở
Hartford, Connecticut, đã sản xuất 500 chiếc ô tô điện trong hơn hai năm.
1898: Ferdinand Porsche ở tuổi 23, sản xuất chiếc xe đầu tiên của ông ta, chiếc
Lohner Electric Chaise. Nó là chiếc xe dẫn động đầu tiên trên thế giới, chiếc xe thứ
hai của Porsche là một chiếc Hybrid, sử dụng một động cơ đốt trong, lai theo một
máy phát điện, và động cơ điện được đặt ở trục bánh xe. Chỉ riêng với bình ắc quy,
chiếc xe có thể di chuyển được 64km.
1900: Vào năm này, các công ty xe hơi của Mỹ đã sản xuất 1681 chiếc xe hơi nước,
1575 xe điện và 936 xe chạy xăng. Trong một cuộc thăm dò ở triển lãm ô tô Quốc tế
đầu tiên ở NewYork, xe điện được ưa thích nhất, tiếp theo là xe hơi nước.
1995: Toyota quyết định tạo một cuộc cách mạng với dòng xe Hybrid, dòng xe lai
sử dụng năng lượng tổ hợp nhiên liệu và điện. Tháng 6.1995, Toyota bắt đầu hoàn
tất công đoạn chuẩn bị cuối cùng để đưa mẫu xe G21, nay có tên là Prius, có thể sản
xuất hàng loạt từ năm 1998.
1.2 Khái niệm xe Hybrid
1.2.1 Định nghĩa ôtô Hybrid
11
Ôtô Hybrid là dòng ôtô sử dụng kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường
với một nguồn năng lượng khác. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định sử dụng nguồn
năng lượng nào, tức là khi nào dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng nguồn năng
lượng kia, khi nào dùng vận hành đồng bộ[1].
1.2.2 Các chế độ điều khiển làm việc chung xe Hybrid
Hình 1.1: Sơ đồ các chế độ điều khiển
1. Động cơ đốt trong một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy. Chế độ này
được sử dụ
.
2. Động cơ điện một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy. Chế độ này được
sử dụng khi xe chạy ở ốc độ thấp, hay địa hình
hạn chế phát thải ô nhiễm. Do đ
12
.
3. Cả hai động cơ đốt trong và điện truyền năng lượng để đẩy xe chạy. Chế độ
này được sử dụng trong quá trình tăng tốc hay leo dố
.
4. Ắc quy thu năng lượng từ tải (phanh tái sinh). Trong quá trình phanh năng
lượng được thu hồi và lưu tại pin để tái sử dụng sau thông qua một động cơ điệ
.
5. Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong. Chế độ mà động cơ đốt trong
nạp năng lượng cho pin khi xe dừng lại lúc đó không có năng lượng đi tới tả
.
6. Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong và từ tải đồng thời. Khi xe
xuống dố
.
7. Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và ắc quy đồng thờ
.
8. Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới ắc quy và động cơ điện nhận năng
lượng từ ắc quy truyền tới tải.
9. Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và tải truyền năng lượng tới ắc
quy thông qua động cơ điện.
13
1.2.3 Đặc tính động cơ đốt trong
Hình 1.2: ngoài [2]
Hình 1.2 ngoài
tối ưu xe (đư
nhất tương ứng với từng giá trị động cơ
. Tuy nhiên vùng hoạt động tối ưu của động cơ đốt trong chỉ giới hạn trong
khoảng nhỏ ( khi động cơ hoạt động ở số vòng quay trung bình và mômen lớn ) và
xe không làm việc nhiều trong vùng này. Do vậy, với sự hỗ trợ hoạt động của động
cơ điện, ta có thể thu hẹp dải làm việc của
.
14
1.2.4 Đặc tính động cơ điện.
Hình 1.3: Đặc tính công suất,mômen của động cơ điện [2]
Đặc tính mômen cơ của động cơ điện như hình 1.3 cho ta thấy tại số vòng
quay nhỏ mômen của động cơ cao, do đó sử dụng động cơ điện để khởi hành rất
thích hợp. Còn khi số vòng quay vượt quá số vòng quay định mức thì khi tiếp tục
tăng, đường mômen là đường hypebol bậc 2 (số vòng quay tăng thì mômen giảm)
đường này cũng phù hợp với đặc tính tải của bánh xe. Do vậy nếu kết hợp được
động cơ đốt trong và động cơ điện trên xe hybrid sẽ tăng được hiệu suất làm việc
của xe.
1.3 Phân loại
1.3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất
1.3.1.1 Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm
, motor điện sẽ ấ
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,
như khi leo dốc, leo núi hoặc vượt qua xe khác. Do motor điện được sử dụng nhiều
ở tốc độ thấp, nên loại này có khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi lái ở đường phố hơn
15
là khi đi trên đường cao tốc. Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai dòng điển
hình thuộc loại này [1,2].
1.3.1.2 Phối hợp khi cần công suất cao
Motor điện hỗ trợ động cơ xăng chỉ khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công
suất, như trong quá trình tăng tốc nhanh từ điểm dừng, khi leo dốc hoặc vượt qua xe
khác, còn trong điều kiện bình thường xe vẫn chạy bằng động cơ xăng. Do đó,
những chiếc Hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi đi trên đường cao tốc vì đó
là khi động cơ xăng ít bị gánh nặng nhất. Điển hình là Honda Civic Hybrid và
Honda Insight thuộc loại thứ hai [1,2]. Cả hai loại này đều lấy công suất từ pin khi
motor điện được sử dụng và đương nhiên nó sẽ làm yếu công suất của pin. Tuy
nhiên, một chiếc xe Hybrid không cần phải cắm vào một nguồn điện để sạc bởi vì
nó có khả năng tự sạc.
1.3.2 Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện
1.3.2.1 Kiểu nối tiếp
Hệ thống truyền lực loại này có các bộ phận chính như : động cơ đốt trong,
máy phát, ắc quy, bộ chuyển đổi điện, động cơ điện, hệ truyền lực và vi sai ( hình
1.4b).
Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của
động cơ nhiệt là kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc quy hoặc
cung cấp cho động cơ điện .
16
Hình 1.4a. Hệ thống Hybrid nối tiếp
Hình 1.4b. Sơ đồ truyền động Hybrid nối tiếp
Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp bình ắc quy và một sẽ dùng
chạy động cơ điện. Động cơ điện ở đây có vai trò truyền công suất tới truyền lực
chính và bánh xe chủ động để đẩy xe ,nhưng nó cũng có thể hoạt động như một máy
phát điện (tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh (hình
1.4a).
17
Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ chỉ làm việc ở một vùng tối ưu xác định nên giảm
được ô nhiễm môi trường, tăng được hiệu suất chung của xe. Sơ đồ này có thể
không cần hộp số do động cơ điện trên xe có đặc tính gần giống với đặc tính kéo
của xe.
Nhược điểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như:
Kích thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song. Động cơ điện
là nguồn động lực duy nhất để kéo xe do đó cần có công suất lớn, kích thước lớn để
đáp ứng khả năng vận hành của xe. Bên cạnh đó, năng lượng từ động cơ đốt trong
bị biến đổi hai lần làm giảm hiệu suất.
1.3.2.2 Kiểu song song
Cũng giống như kiểu hybrid trên ,ở đây cũng có đầy đủ các bộ phận chính đảm
nhiệm các chức năng của xe hybrid .Tuy nhiên ,ở sơ đồ này không cần có máy phát
,năng lượng truyền từ động cơ đốt trong đến bánh xe chủ động không qua chuyển
đổi cơ - điện - cơ. Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song. Cả
động cơ đốt trong và động cơ điện cùng truyền lực tới trục bánh xe với mức độ tuỳ
theo các điều kiện hoạt động khác nhau (hình 1.5b). Ở hệ thống này động cơ đốt
trong đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền mômen chính còn động cơ điện chỉ
đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc. Ở hệ thống hybrid này không cần
dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tính năng hai chiều có thể làm nhiệm
vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt động bình thường.Năng lượng ít tổn
thất cho các cơ cấu truyền động trung gian, có thể có thêm một động cơ điện nhỏ
hơn làm nhiệm vụ khởi động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để
nạp điện cho ắc quy (hình 1.5a).
18