Tài liệu Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô hybrid lpg điện để vận chuyển rác trong thành phố

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG THIẾT KẾ CẢI TẠO XE MÔ TÔ BA BÁNH CHẠY XĂNG THÀNH XE MÔ TÔ BA BÁNH HYBRID LPG – ĐIỆN ĐỂ VẬN CHUYỂN RÁC TRONG THÀNH PHỐ Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HỮU BẢO CAO VĂN TRUNG PHẠM THẾ DUY Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô Hybrid LPG-Điện Sinh viên thực hiện: Cao Văn Trung Phạm Thế Duy Nguyễn Hữu Bão Số thẻ SV: 103140125 Lớp: 14C4B 103140082 103140068 Nội dung chính của đồ án có 3 phần chính, bao gồm: Phần 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu: + Mục đích nghĩa của đề tài nghiên cứu; + Tổng quan về nguồn năng lượng hiện nay,vấn đề ô nhiễm môi trường và những tác động mà nó gây ra trong khi nguồn nguyên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt; + Tình hình ứng dụng mô tô ba bánh chở rác ở Việt Nam: mô tô ba bánh chạy xăng và mô tô ba bánh chạy điện; + Tình hình nghiên cứu xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô ba bánh hybrid LPG-Điện ở Việt Nam: xe mô tô ba bánh chạy Xăng- LPG, xe mô tô ba bánh chạy LPG-Điện; + Ô tô hybrid: xu hướng và phân loại ô tô hybrid hiện nay; Phần 2: Thiết kế lắp đặt hệ thống điện động lực cho xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô ba bánh hybrid LPG-Điện: + Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh có sẵn thành xe mô tô ba bánh hybrid: lắp đặt động cơ điện và động cơ nhiệt.; + Cải tạo chắn ba, gá đặt ắc quy cho động cơ điện, thiết kế bố trí hệ thống truyền động, tính toán động học và tính năng của xe; + Phối hợp sử dụng hai nguồn động lực, phân tích đặc tính làm việc của xe hybrid ; + Thiết kế hệ thống điều khiển cho xe và lắp đặt ly hợp điện từ; Phần 3: Thiết kế chế tạo hệ thống cung cấp LPG cho xe mô tô ba bánh hybrid. + Nguồn gốc sản xuất và thành phần của LPG; + Tính toán cấp nhiên liệu cho xe mô tô ba bánh ; + Thiết kế gá lắp bộ phụ kiện cung cấp LPG cho động cơ xe mô tô ba bánh. Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện, nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong có được sự góp ý của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Cao Văn Trung Số thẻ sinh viên: 103140125 Phạm Thế Duy Số thẻ sinh viên: 103140082 Nguyễn Hữu Bão Khoa: Cơ Khí Giao Thông Số thẻ sinh viên: 103140068 Ngành: Kỹ thuật cơ khí Lớp: 14C4B 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh chyạ xăng thành xe mô tô ba bánh hybrid LPG-Điện. 2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Dựa trên xe mô tô ba bánh hybrid chạy Xăng – LPG đã được chế tạo của các thầy trong khoa cơ khí giao thông. Nhóm đã có được những số liệu ban đầu của xe tổng thể và các thông số động học của xe. 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Phần 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu. Phần 2: Thiết kế lắp đặt hệ thống điện động lực cho xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô ba bánh hybrid LPG-Điện. Phần 3: Thiết kế chế tạo hệ thống cung cấp LPG cho xe mô tô ba bánh hybrid. 5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): Các bản vẽ: + Bản vẽ sơ đồ hệ thống cung cấp LPG – A3 + Bản vẽ bộ hòa trộn cung cấp LPG – A3 + Bản vẽ bộ phụ kiện GATEC 27 – A3 + Bản vẽ xe trước và sau khi cải tạo – A3 + Bản vẽ cải tạo chắn ba và lắp động cơ điện – A3 + Bản vẽ đồ gá bình điện – A3 + Bản vẽ sơ đồ hệ thống điện – A3 + Bản vẽ ly hợp – A3 + Bản vẽ họng Venturi-A3 + Bản vẽ taplo trước và sau cải tạo-A3 + Bản vẽ đầu nối phun LPG-A3 + Bản vẽ lắp tay ga trước và khi cải tạo-A3 6. Họ tên người hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga, Ths. Võ Anh Vũ 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 8. Ngày hoàn thành đồ án: Trưởng Bộ môn PGS.TS Dương Việt Dũng 25 /02 /2019 02 /06 /2019 Đà Nẵng, ngày 03 tháng 06 năm 2019 Người hướng dẫn GS.TSKH Bùi Văn Ga LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, của công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa thì đời sống người dân thế giới nói chung và nước ta nói riêng cũng được cải thiện rõ rệt. Cùng với đó là việc rác thải ngày càng tăng, vấn đề thu gom nó cũng gặp rất nhiều vấn đề. Đặc biệt trong những năm gần đây tốc độ tăng trưởng nhanh của kinh tế và dân số đã khiến cho tình trạng ô nhiễm môi trường càng trở nên trầm trọng, sức ép đối với nguồn nguyên-nhiên liệu ngày càng tăng. Trong bối cảnh đó, hạn chế ô nhiễm môi trường và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên là mục tiêu quan trọng và có ý nghĩa sống còn đối với nhân loại, đã và đang được thực hiện trong tất cả các lĩnh vực trong đó có giao thông vận tải và môi trường. Song song với việc sử dụng các nguồn nhiên liệu mới ít hoặc không gây ô nhiễm, cải tiến động cơ đốt trong nhằm nâng cao hiệu suất và giảm ô nhiễm thì sử dụng công nghệ Hybrid cũng là một biện pháp rất khả thi đã được nhiều hãng xe lớn nghiên cứu và áp dụng. Đề tài của nhóm chúng em là Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô ba bánh Hybrid LPG-Điện. Đây là một đề tài còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Trong thời gian thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã cố gắng vận dụng kiến thức về công nghệ Hybrid để áp dụng vào thiết kế xe, tuy nhiên do còn nhiều hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm cũng như sự chỉ bảo, góp ý từ các thầy cô và bạn bè đề tài này hoàn thiện hơn. Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Bùi Văn Ga cũng như các thầy cô trong khoa Cơ khí giao thông đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ để chúng em có thể hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này. Đà Nẵng, ngày 03 tháng 6 năm 2019 i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đồ án tốt nghiệp do tôi tự thực hiện và được sự hướng dẫn của GS.TSKH Bùi Văn Ga. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu, thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Đà Nẵng, ngày 03 tháng 6 năm 2019 Sinh viên thực hiện Cao Văn Trung Phạm Thế Duy Nguyễn Hữu Bão ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu và cảm ơn i Lời cam đoan liêm chính học thuật Mục lục Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ ii iii vi Danh sách các cụm từ viết tắt x Trang MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ............................................. 3 1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài .................................................................................... 3 1.2. Tổng quan về năng lượng ........................................................................................ 3 1.2.1. Ô nhiễm môi trường, gia tăng nhiệt độ khí quyển, biến đổi khí hậu ................... 3 1.2.2. Hậu quả của sự gia tăng nhiệt độ khí quyển ........................................................ 7 1.2.3. Viễn cảnh nhiên liệu hóa thạch ............................................................................ 7 1.3. Tình hình ứng dụng mô tô ba bánh chở rác ở Việt Nam ..................................... 9 1.3.1. Mô tô ba bánh chạy xăng ................................................................................... 10 1.3.2. Mô tô ba bánh chạy bằng điện chở rác .............................................................. 11 1.4. Tình hình nghiên cứu xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô ba bánh hybrid LPG-Điện ở Việt Nam. ..................................................................................... 14 1.4.1. Xe mô tô ba bánh hybrid chạy Xăng - LPG ...................................................... 14 1.4.2. Xe mô tô ba bánh hybrid chạy Xăng – Điện ..................................................... 15 1.5. Ô tô hybrid .............................................................................................................. 15 1.5.1. Khái niệm chung ................................................................................................ 15 1.5.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid ................................................................... 15 1.5.3. Phân loại ôtô hybrid ........................................................................................... 17 iii 1.6. Kết luận ................................................................................................................... 21 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG LỰC CHO XE MÔ TÔ BA BÁNH CHẠY XĂNG THÀNH XE MÔ TÔ BA BÁNH HYBRID LPG-ĐIỆN ............................................................................................................................................ 22 2.1. Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh có sẵn thành xe mô tô ba bánh hybrid ....... 22 2.1.1. Phân tích chọn loại xe gắn máy để cải tạo ......................................................... 22 2.1.2. Phân tích phương án lắp đặt động cơ điện và động cơ nhiệt ............................. 23 2.1.3. Thiết kế lắp đặt động cơ điện phía trước ........................................................... 25 2.1.4. Thiết kế các hệ thống bổ sung ........................................................................... 27 2.2. Thiết kế bố trí hệ thống truyền động cho xe gắn máy hybrid............................ 30 2.2.1. Phân tích phương án phối hợp công suất ........................................................... 30 2.2.2 Thiết kế bố trí động cơ điện ................................................................................ 32 2.2.3. Tính toán động học xe gắn máy khi chạy bằng điện ......................................... 33 2.2.4. Tính toán tính năng xe gắn máy chạy bằng điện ............................................... 36 2.3. Phối hợp sử dụng nguồn động lực xăng-điện trên xe gắn máy hybrid ............. 41 2.3.1. Phân tích đặc tính làm việc của động cơ xe gắn máy ........................................ 41 2.3.2. Phân tích đặc tính làm việc của động cơ điện BLDC ........................................ 50 2.3.3. Thiết kế hệ thống điều khiển xe gắn máy hybrid .............................................. 52 2.4. Nâng cao công suất và hiệu suất xe gắn máy hybrid .......................................... 53 2.4.1. Mục đích, yêu cầu .............................................................................................. 53 2.4.2. Các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trên xe gắn máy hybrid 54 2.4.3. Nghiên cứu thiết kế bộ ly hợp cắt bộ truyền động từ bánh xe đến động cơ nhiệt khi chạy bằng điện ....................................................................................................... 57 2.5. Kết luận ................................................................................................................... 60 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CUNG CẤP LPG CHO XE MÔ TÔ BA BÁNH ................................................................................................................... 61 3.1. Giới thiệu về nhiên liêụ LPG ................................................................................. 61 3.1.1. Nguồn gốc và thành phần .................................................................................. 61 iv 3.1.2. Một số đặc tính LPG .......................................................................................... 65 3.1.3. Tình hình sử dụng LPG cho xe gắn máy ........................................................... 67 3.2. Lưu trữ khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ....................................................................... 68 3.2.1. Phân tích phương án chứa LPG trên ô tô và xe gắn máy .................................. 68 3.2.2. Thiết kế bình chứa LPG cho xe mô tô ba bánh ................................................. 69 3.3. Tính toán cấp nhiên liệu LPG cho động cơ xe mô tô ba bánh ........................... 70 3.3.1. Tính toán nhiệt động cơ xăng ............................................................................ 70 3.3.2. Tính toán nhiệt động cơ sử dụng LPG ............................................................... 80 3.3.3 Tính toán thiết kế hệ thống cung cấp LPG cho động cơ .................................... 89 3.4. Chế tạo lắp đặt hệ thống cung cấp LPG cho động cơ xe mô tô ba bánh .......... 91 3.4.1. Sử dụng phụ kiện GATEC 27 để cấp LPG cho động cơ ................................... 91 3.4.2. Chế tạo họng khuếch tán và lắp đặt hệ thống cung cấp LPG ............................ 92 3.5. Mô phỏng quá trình cấp nhiên liệu LPG ............................................................ 93 3.5.1. Giới thiệu phần mềm mô phỏng ........................................................................ 93 3.5.2. Mô phỏng quá trình cấp nhiên liệu LPG ........................................................... 94 CHƯƠNG 4 : QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM CẢI TẠO XE MÔ TÔ CHẠY XĂNG THÀNH XE MÔ TÔ HYBRID LPG-ĐIỆN................................................................. 105 4.1. Quy trình thực nghiệm ........................................................................................ 105 4.1.1. Cải tạo chắn ba để lắp động cơ điện vào bánh trước ....................................... 105 4.1.2. Gia công cải tạo ly hợp điện từ ........................................................................ 105 4.1.3. Thiết kế đồ gá bình điện .................................................................................. 106 4.1.4. Cải tạo bảng Taplo ........................................................................................... 107 4.1.5. Cải tạo kết hợp tay ga điện và tay ga động cơ nhiệt ........................................ 108 4.1.6 Bố trí bộ GATEC 27 ......................................................................................... 109 4.2. Thực nghiệm xe hybrid. ....................................................................................... 109 KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 112 v DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Danh sách các bảng: BẢNG 1.1 Mười năm gần đây có chênh lệch nhiệt độ cao nhất so với nhiệt độ trung bình giai đoạn 1961-1990 (oC) BẢNG 2.1 Các thông số của động cơ điện BẢNG 2.2 Thông số kỹ thuật xe SAVANT BẢNG 2.3 Thông số kỹ thuật ắc quy BẢNG 2.4 Kết quả tính toán mô men điện từ động cơ BẢNG 2.5 Kết quả tính toán nhân tố động lực và gia tốc xe máy điện BẢNG 3.1 Chỉ số OCTAN của một số chất BẢNG 3.2 So sánh LPG và các loại nhiên liệu cổ điển BẢNG 3.3 Các thông số ban đầu của động cơ SAVANT BẢNG 3.4 Các thông số chọn để tính toán nhiệt xăng BẢNG 3.5 Thành phần các nguyên tố trong nhiên liệu xăng BẢNG 3.6 Bảng xác định đường nén và đường giãn nở BẢNG 3.7 Bảng thông số chọn tính nhiệt LPG BẢNG 3.8 Thành phần của sản vật cháy BẢNG 3.9 Bảng xác định đường nén đường giãn nở BẢNG 3.10 Hệ số an phụ thuộc số xilanh dùng chung BẢNG 4.1 Bình điện dùng cho động cơ điện có thông số kích thước như sau: Danh sách các hình vẽ: HÌNH 1.1 Biến thiên nhiệt độ khí quyển gần mặt đất qua các thời kì băng hà HÌNH 1.2 Biến thiên nhiệt độ của khí quyển so với nhiệt độ trung bình 1961-1990 HÌNH 1.3 Biến thiên nhiệt độ trung bình của khí quyển gần mặt đất và nồng độ CO2 tương ứng HÌNH 1.4 Trữ lượng dầu mỏ còn lại trên thế giới (Gigaton) HÌNH 1.5 Sự phân bố trữ lượng ga theo khu vực trên thế giới (Nguồn: BP statistical review, 2007) HÌNH 1.6 Xe ba bánh với thùng xe bố trí phía trước HÌNH 1.7 Xe ba bánh với thùng xe bố trí phía sau HÌNH 1.8 Xe mô tô ba bánh bằng điện được trưng bày tại triển lãm môi trường vi HÌNH 1.9 Mẫu xe điện được bố trí hai thùng rác nhỏ, đáp ứng nhu cầu phân loại rác của người dân HÌNH 1.10 Thiết kế đa dạng, với nhiều mẫu mã cùng màu sắc bắt mắt HÌNH 1.11 Quá trình thử mẫu xe điện banh bánh chở rác HÌNH 1.12 Bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu LPG/Xăng DATECHCO – GAS HÌNH 1.13 Xe mô tô ba bánh chạy bằng khí LPG kết hợp Xăng HÌNH 1.14 Hệ thống hybrid nối tiếp HÌNH 1.15 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp HÌNH 1.16 Hệ thống hybrid song song HÌNH 1.17 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song HÌNH 1.18 Hệ thống hybrid hỗn hợp HÌNH 1.19 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp HÌNH 2.1 Xe mô tô ba bánh trước khi cải tạo HÌNH 2.2 Động cơ nhiệt gắn trên xe HÌNH 2.3 Phương án lắp động cơ điện phía trước HÌNH 2.4 Chắn ba cũ trên xe mô tô ba bánh HÌNH 2.5 Chắn ba mới để lắp động cơ điện HÌNH 2.6 Cải tạo lại chắn ba để lắp động cơ điện HÌNH 2.7 Lắp chắn bùn vào chắn ba cải tạo HÌNH 2.8 Động cơ điện có trục được nối cứng HÌNH 2.9 Phụt xe sau khi cải tạo HÌNH 2.10 Bố trí bốn Ắcquy ở cùng một phía HÌNH 2.11 Bố trí bốn Ắc quy ở hai phía HÌNH 2.12 Kiểu nối tiếp HÌNH 2.13 Kiểu song song HÌNH 2.14 Kiểu hỗn hợp HÌNH 2.15 Đặc tính tốc độ của động cơ điện HÌNH 2.16 Đặc tính nhân tố động lực của xe máy điện HÌNH 2.17 Đặc tính tăng tốc của xe điện HÌNH 2.18 Đặc tính của động cơ HÌNH 2.19 Chế độ làm việc của động cơ xe gắn máy HÌNH 2.20 Đường đặc tính ngoài của động cơ HÌNH 2.21 Đường đặc tính cục bộ HÌNH 2.22 Đặc tính phụ tải của động cơ Cácburatơ HÌNH 2.23 Đặc tính điều chỉnh theo thành phần hỗn hợp vii HÌNH 2.24 Đường đặc tính điều chỉnh theo góc đánh lửa sớm φs HÌNH 2.25 Đường đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC HÌNH 2.26 Sơ đồ điều khiển xe mô tô hybrid LPG-điện HÌNH 2.27 Sơ đồ khối động cơ điện BLDC HÌNH 2.28 Sơ đồ cấp điện cho các cuộc dây stato HÌNH 2.29 Sơ đồ hệ thống tự nạp điện của xe mô tô hybrid HÌNH 2.30 Kết cấu đĩa xích và ly hợp 1 chiều HÌNH 2.31 Kết cấu của ly hợp siêu việt HÌNH 3.1 Sơ đồ sản xuất LPG theo phương pháp nén HÌNH 3.2 Sơ đồ sản xuất LPG theo phương pháp làm lạnh theo bậc HÌNH 3.3 Sơ đồ sản xuất LPG theo phương pháp làm lạnh bằng giãn nở HÌNH 3.4 Sơ đồ sản xuất LPG theo phương pháp hấp thụ HÌNH 3.5 Sơ đồ sản xuất LPG theo phương pháp thu hồi từ nhà máy LNG HÌNH 3.6 Cấu tạo phân tử các thành phần trong LPG HÌNH 3.7 Sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ của khí LPG HÌNH 3.8 Bình ga mini cỡ nhỏ HÌNH 3.9 Bình chứa LPG tự chế tạo HÌNH 3.10 Chế tạo bình chứa LPG cho xe mô tô HÌNH 3.11 Đồ thị công động cơ xăng HÌNH 3.12 Đồ thị công động cơ sử dụng LPG HÌNH 3.13 Bộ phụ kiện GATEC-27 HÌNH 3.14 Bản vẽ gia công họng khuếch tán HÌNH 3.15 Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG HÌNH 3.16 Lựa chọn phương trình giải HÌNH 3.17 Lựa chọn mô hình chảy rối HÌNH 3.18 Khai báo điều kiện biên trên HÌNH 3.19 Khai báo điều kiện biên HÌNH 3.20 Cài đặt điều kiện ban đầu HÌNH 3.21 Giải hệ phương trình HÌNH 3.22 Sơ đồ đường nạp động cơ 110cc sau khi cải tạo HÌNH 3.23 Biến thiên áp suất tĩnh trên đường nạp tại các điểm 1 (a) và 2 (b) theo góc quay trục khuỷu khi động cơ chạy với các tốc độ khác nhau (bướm ga đóng 30 độ, không phun nhiên liệu) viii HÌNH 3.24 Biến thiên áp suất tĩnh trên đường nạp tại các điểm 1 (a) và 2 (b) theo góc quay trục khuỷu khi động cơ chạy với các tốc độ khác nhau (bướm ga đóng 55 độ, không phun nhiên liệu) HÌNH 3.25 Sơ đồ hệ thống phun LPG HÌNH 3.26 Góc mở vòi phun LPG theo tốc độ động cơ HÌNH 3.27 Biến thiên hệ số tương đương theo góc quay trục khuỷu trong trường hợp bướm ga đóng 30 độ khi góc mở vòi phun cố định (a) và khi góc mở vòi phun thay đổi (b) theo tốc độ HÌNH 3.28 Biến thiên đường đồng mức hệ số tương đương trong kỳ nạp và nén HÌNH 3.29 Áp suất trước bướm ga (a) và sau bướm ga (b) khi bướm ga đóng 55 độ HÌNH 3.30 Sơ đồ (a) và kết cấu (b) van không tải kiểu hút chân không HÌNH 3.31 Sơ đồ hệ thống không tải cấp ga liên tục HÌNH 3.32 Biến thiên đường đồng mức hệ số tương đương theo góc quay trục khuỷu khi phun liên tục LPG qua hệ thống không tải HÌNH 4.1 Động cơ điện lắp ở bánh trước. HÌNH 4.2 Ly hợp sau khi cải tạo. HÌNH 4.3 Thiết kế đồ gá ắc quy HÌNH 4.4 Bảng taplo và điều khiển. HÌNH 4.5 Tay ga xe máy điện và tay ga xe máy trước cải tạo HÌNH 4.6 Bảng taplo sau khi cải tạo HÌNH 4.7 Tay ga sau khi cải tạo HÌNH 4.8 Bố trí bộ GATEC 27 lên xe hybrid HINH 4.9 Hình ảnh của xe sau khi đã cải tạo HÌNH 4.10 Hình ảnh của xe trong quá trình thực nghiệm ix DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU: FM [N] FL [N] G [N] FD [N] : Lực kéo của xe : Lực cản mặt đường : Trọng lượng của xe : Lực cản lên dốc FQ [N] : Lực cản khi tăng tốc FG [N] : Lực cản gió f FMD PMD V PM [N] [N] [m/s] [kW] : Hệ số cản lăn : Lực cản cần thiết của động cơ : Công suất của của xe : Vận tốc của xe : Công suất cần thiết của động cơ D S Q [mm] [mm] [A.h] : Đường kính xilanh : Hành trình piston : Dung lượng ắc quy PKđ [kW] U [V] FK [N] Fω [N] A [m2] Cd với hình dáng thủy học của xe Dk : Công suất máy khởi động : Hiệu điện thế ắc quy : Lực kéo của động cơ điện : Lực cản không khí : Diện tích cản chính diện : Hệ số đặc trưng cho mức độ cản của không khí đối Ne ge Ni ε Tk α pa pr : Công suất có ích : Suất tiêu hao nhiên liệu có ích : Công suất chỉ thị : Tỷ số nén : Nhiệt độ khí nạp : Hệ số dư lượng không khí : Áp suất cuối kỳ nạp : Áp suất khí sót [kW] [g/kW.h] [kW] [ᵒK] [MN/m2] [MN/m2] : Nhân tố động lực học của xe x Tr [ᵒK] : Nhiệt độ khí sót ΔT m [ᵒK] : Độ sấy nóng khí nạp : Chỉ số đoạn nhiệt pr [MN/m2] : Áp suất khí sót z : Hệ số lợi dụng nhiệt tại b : Hệ số lợi dụng nhiệt tại b λ : Tỷ số tăng áp λ1 : Hệ số nạp thêm λ2 λt : Hệ số quét buồng cháy : Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt φđ γr : Hệ số điền đầy đủ đồ thị : Hệ số khí sót ηv : Hệ số nạp Ta M0 mCvk mC’v n1 [ᵒK] [kmolkk/kgnl] [kJ/Kmol.K] [Kj/Kmol.K] Tc [ᵒK] Pc [MN/m2] M2 β0 β βz xz mC’’vz [kJ/Kmol.K] Tz [ᵒK] : Nhiệt độ cuối quá trình nạp : Số mol không khí để đốt cháy 1 kg nhiên liệu : Tỷ nhiệt của không khí : Tỷ nhiệt mol hỗn hợp cháy : Chỉ số nén đa biến : Nhiệt độ cuối kỳ nén : Áp suất cuối kỳ nén : Số mol sản phẩm cháy : Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết : Hệ số biến đổi phân tử thực tế : Hệ số biến đổi phân tử tại z : Hệ số tỏa nhiệt tại z : Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z : Nhiệt độ cực đại cảu chu trình δ : Áp suất cực đại của chu trình : Tỷ số giãn nở sớm : Tỷ số giãn nở sau n2 Tb p’i pi : Tỷ số giãn nở đoạn nhiệt : Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở : Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết : Áp suất chỉ thị trung bình Pz ρ [MN/m2] [ᵒK] [MN/m2] [MN/m2] xi gi [g/kW.h] : Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị pM pe [MN/m2] [MN/m2] : Tổn thất cơ giới : Áp suất có ích trung bình ηm ηe Vh Vc Gk : Hiệu suất cơ giới : Hiệu suất có ích [dm3] [dm3] [kg/s] Δph [N/m2] CHỮ VIẾT TẮT : Thể tích công tác : Thể tích buồng cháy : Tốc độ không khí qua họng thực tế : Độ chân không tại họng LPG (Liquefied Petroleum Gas) : Khí dầu mỏ hóa lỏng CNG (Compressed Natural Gas) : Khí thiên nhiên nén BLDC (Brushless Direct Current) : Động cơ điện một chiều không chổi than xii Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô hybird LPG-Điện MỞ ĐẦU I/ Mục đích đề tài Nguồn tài nguyên trên thế giới ngày càng cạn kiệt do quá trình công nghiệp hóa đang diễn ra trên toàn cầu. Nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần bị khai thác cạn kiệt đồng thời cũng gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái. Việc khai thác tài nguyên và bảo vệ môi trường là vấn đề cấp thiết đối với chúng ta. Để giảm bớt sức lao động của công nhân trong quá trình vận chuyển rác trong các đường hẻm. Vì vậy chúng ta cần thiết kế cải tiến xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô hybrid LPG-Điện nhằm đáp ứng yêu cầu trên. II/ Mục tiêu đề tài Cải tạo xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô ba bánh hybrid LPG-Điện nhằm giúp tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ môi trường và giảm sức lao động của công nhân vận chuyển rác. III/ Phạm vi và đối tượng nghiên cứu Các giải pháp được đánh giá tốt nhất hiện nay là: Xe hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng truyền thống (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. Xe sử dụng pin nhiên liệu (Fuel Cell Vehicle) có ưu điểm lớn đó là hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường nhưng hiện nay vấn đề lưu trữ đang còn là trở ngại. Đối tượng nghiên cứu là cải tiến xe mô tô ba bánh chạy xăng có sẵn thành xe mô tô ba bánh hybrid LPG-Điện. IV/ Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu kết hợp lý thuyết với thực nghiệm Phân tích so sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết để so sánh và chọn phương pháp tối ưu nhất. V/ Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp Đề tài “ Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô ba bánh hybrid LPG-Điện để vận chuyển rác trong thành phố ” gồm phần mở đầu, kết luận và kiến nghị và 4 chương cụ thể như sau: MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga, ThS Võ Anh Vũ 1 Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô hybird LPG-Điện 1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài 1.2. Tổng quan về năng lượng 1.3. Tình hình ứng dụng mô tô ba bánh chở rác ở Việt Nam 1.4. Tình hình nghiên cứu xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô ba bánh hybrid LPG-Điện ở Việt Nam 1.5. Ô tô hybrid 1.6. Kết luận CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG LỰC CHO XE MÔ TÔ BA BÁNH CHẠY XĂNG THÀNH XE MÔ TÔ BA BÁNH HYBRID LPG-ĐIỆN 2.1. Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh có sẵn thành xe mô tô ba bánh hybrid 2.2. Thiết kế bố trí hệ thống truyền động cho xe gắn máy hybrid 2.3. Phối hợp sử dụng nguồn động lực xăng-điện trên xe gắn máy hybrid 2.4. Nâng cao công suất và hiệu suất xe gắn máy hybrid 2.5. Kết luận CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CUNG CẤP LPG CHO XE MÔ TÔ BA BÁNH 3.1. Giới thiệu về nhiên liêụ LPG 3.2. Lưu trữ khí dầu mỏ hóa lỏng LPG 3.3. Tính toán cấp nhiên liệu LPG cho động cơ xe mô tô ba bánh 3.4. Chế tạo lắp đặt hệ thống cung cấp LPG cho động cơ xe mô tô ba bánh 3.5. Mô phỏng quá trình cấp nhiên liệu LPG Chương 4: QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM CẢI TẠO XE MÔ TÔ CHẠY XĂNG THÀNH XE MÔ TÔ HYBRID LPG ĐIỆN 4.1. Quy trình thực nghiệm 4.2. Kết quả chạy thực nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga, ThS Võ Anh Vũ 2 Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô hybird LPG-Điện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài Trong thời đại mà quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang diễn ra ở mọi nơi trên toàn cầu như ngày nay, nhu cầu về năng lượng là vô cùng to lớn. Trong một tương lai không xa các nguồn nhiên liệu hóa thạch sẽ bị con người khai thác cạn kiệt, bên cạnh đó việc khai thác và sử dụng năng lượng hóa thạch gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sinh thái, ô nhiễm không khí, làm thay đổi khí hậu trái đất, ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người. Chính vì thế, việc tiết kiệm nhiên liệu và năng lượng đồng thời giảm ô nhiễm môi trường luôn là yêu cầu hàng đầu đặt ra cho mỗi quốc gia và mỗi ngành công nghiệp, đặc biêt là ngành công nghiệp ôtô vốn luôn yêu cầu phải thay đổi từng ngày. Giải pháp được đưa ra là kết hợp một cách linh hoạt giữa động cơ xăng, động cơ điện và các cơ cấu giúp bảo tồn và chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả. Để giảm bớt sức lao động của công nhân cần phải cơ giới hóa việc vận chuyển các thùng rác đến các trạm trung chuyển thay các loại xe ba gác thủ công hiện nay vừa chậm, vừa mất sức công nhân nên cần thiết kế một loại xe có kết cấu đơn giản dễ sử dụng và vận chuyển được thùng rác nhanh hơn. Chính vì các căn cứ trên, đề tài tập trung nghiên cứu cải tiến xe mô tô chạy bằng động cơ xăng đơn thuần sang sử dụng kết hợp hai nguồn năng lượng là động cơ đốt trong và động cơ điện. Mục đích chính là giảm thiểu thời gian hoạt động cho động cơ đốt trong nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu. Bên cạnh đó việc sử dụng đồng thời động cơ đốt trong và động cơ điện cũng sẽ giúp giảm lượng phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường, nâng cao tính kinh tế cho phương tiện. 1.2. Tổng quan về năng lượng 1.2.1. Ô nhiễm môi trường, gia tăng nhiệt độ khí quyển, biến đổi khí hậu Trong vòng 400000 năm trở lại đây, nhiệt độ khí quyển gần mặt đất đã trải qua 4 chu kỳ băng hà. Trước đây sự thay đổi nhiệt độ bầu khí quyển trong quá khứ hầu như phụ thuộc vào các hiện tượng tự nhiên. Tuy nhiên, từ khi bắt đầu thời kì công nghiệp, hoạt động của con người là nguyên nhân chính gây ra sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển. Điều này được khẳng định bởi mô hình tính toán sự tăng nhiệt độ khi xem xét cái yếu tố ảnh hưởng khác nhau. Trên cơ sở phân tích cân bằng nồng độ cacbon trong khí quyển, chúng ta có thể dự báo được sự gia tăng nhiệt độ cực đại của khí quyển gần mặt đất trong tương lai từ 4o đến 8o. Nếu không có những giải pháp rút giảm nồng độ CO2 trong khí quyển thì thời kì nóng SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga, ThS Võ Anh Vũ 3 Thiết kế cải tạo xe mô tô ba bánh chạy xăng thành xe mô tô hybird LPG-Điện lên này của trái đất sẽ kéo dài hơn rất nhiều so với các giai đoạn quả đất nóng lên trong quá khứ. Sự bùng nổ khí hậu khiến nhiệt độ trái đất gia tăng nhanh chóng trước khi đạt giá trị cực đại diễn ra (nồng độ C02 trong khí quyển đạt giá trị cao nhất), tức là thời điểm khi nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt. Cân bằng cacbon trong khí quyển có ý nghĩa quyết định đến mọi giá trị cực đoan của hệ thống khí hậu. Hạn chế sự gia tăng C02 sẽ làm giảm tốc độ gia tăng nhiệt độ khí quyển để thiên nhiên và con người có thời gian thích nghi. Các giải pháp thu hồi và lưu giữ C02 khả thi trong tương lai sẽ cho phép rút ngắn thời kì nóng lên của Trái Đất và giúp con người có thể khống chế được nhiệt độ tối ưu của hành tinh xanh. Nhiệt độ trên mặt đất đã diễn ra theo chu kì, có sự khác biệt ít nhiều về thời gian và biên độ. Mỗi chu kì bắt đầu bởi thời kì tăng đột ngột nhiệt độ làm quả đất nóng lên kéo dài khoản 10000 đến 20000 năm (gọi là thời kì băng hà), sau đó quả đất lạnh dần tạo thành thời kì băng hà. Cuối mỗi thời kì băng hà, quả đất lại nóng lên và chu kì mới lại bắt đầu. Biến thiên nhiệt độ 3 0 -3 -6 0 5 0 100 150 200 250 300 350 400 Nghìn năm trước 450 Hình 1.1 Biến thiên nhiệt độ khí quyển gần mặt đất qua các thời kì băng hà Nhiệt độ khí quyển trong quá khứ được tái hiện nhờ phân tích đồng vị oxygen còn lưu giữ trong băng hà. Các mẫu khoan trong băng hà tại bắc cực ở độ sau 3500m cho phép tái hiện lại nhiệt độ của khí quyển 800000 năm về trước. Mặt khác, phân tích các bọt khí lưu lại trong những mẫu băng hà này cho phép ta tìm ra được thành phần các chất trong không khí, từ đó xây dựng được mối quan hệ giữa nhiệt độ khí quyển và nồng độ các chất gây hiệu ứng nhà kính trong quá khứ.Trong chu kì băng hà thứ tư, nhiệt độ không khí gần mặt đất đã thay đổi với biên độ lên đến 10o. Tuy nhiên, nhiệt độ cực đại của thời kì này không quá 4o so với nhiệt độ trung bình của mặt đất hiện nay. Những nghiên cứu nhiệt độ SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga, ThS Võ Anh Vũ 4