Tài liệu Thiết kế ô tô hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện.

Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. Lời nói đầu. 1 Đặt vấn đề. 2 Chương 1. Tổng quan về ô nhiễm môi trường và giới thiệu ô tô Hybrid. 5 1.1. Tổng quan về ô nhiễm môi trường. 5 1.1.1. Ô nhiễm môi trường từ góc độ giao thông...................................................5 1.1.2. Giải pháp giảm ô nhiễm môi trường do giao thông cơ giới........................7 1.2. Giới thiệu chung về ô tô Hybrid. 9 1.2.1. Xu thế phát triển của ô tô sạch.....................................................................9 1.2.2. Giới thiệu chung và lịch sử ra đời của ô tô Hybrid...................................11 1.2.2.1. Ô tô Hybrid là gì. 11 1.2.2.2. Lịch sử phát triển của ô tô Hybrid. 11 1.2.2.3. Giới thiệu một số mẫu xe Hybrid. 14 1.2.2.4. Ưu nhược điểm của ô tô Hybrid. 17 Chương 2. Thiết kế chung ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi. 2.1. Yêu cầu thiết kế. 19 19 2.1.1. Yêu cầu chung............................................................................................19 2.1.2. Cơ sở thiết kế ô tô.......................................................................................19 2.1.2.1. Cơ sở khoa học của thiết kế. 19 2.1.2.2. Cơ sở kỹ thuật của thiết kế. 19 2.1.2.3. Cơ sở kinh tế của thiết kế. 19 2.1.2.4. Cơ sở thẩm mỹ của thiết kế. 20 2.1.2.5. Cơ sở nhân trắc của thiết kế. 20 2.1.3. Các yêu cầu kinh tế kĩ thuật cơ bản đối với kết cấu ô tô..........................21 2.2. Thiết kế tổng thể. 22 2.3. Tính toán ổn định ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi. 24 2.3.1.Xác định tọa độ trọng tâm...........................................................................24 2.3.2. Tính ổn định dọc tĩnh khi ô tô lên dốc.......................................................25 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. 2.3.3. Tính ổn định dọc tĩnh khi ô tô xuống dốc..................................................26 2.3.4. Tính toán ổn định ngang............................................................................27 2.3.5. Tính ổn định của ô tô khi quay vòng.........................................................28 2.4. Tính toán, lựa chọn các hệ thống phanh, lái, treo. 29 2.4.1. Tính toán, lựa chọn các hệ thống phanh...................................................29 2.4.1.2. Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phanh 31 2.4.2. Hệ thống treo..............................................................................................33 2.4.2.1. Chọn loại hệ thống treo 33 2.4.2.2. Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước và sau 33 2.4.3. Hệ thống lái................................................................................................35 2.4.3.1. Xác định các thông số cơ bản 35 2.4.3.2. Xác định mômen cản quay vòng Mcq 36 Chương 3. Thiết kế tính toán hệ thống truyền lực kết hợp động cơ điện và động cơ nhiệt. 39 3.1. Các phương án bố trí và truyền động trên ô tô Hybrid . 39 3.1.1. Các phương án bố trí các hệ thống trên ô tô hybrid..................................39 3.1.1.2. Kiểu bố trí song song. 40 3.1.1.3. Kiểu bố trí hỗn hợp. 41 3.1.2 . Các phương án truyền động trên ô tô hybrid............................................42 3.1.2.1. Bộ truyền kết hợp công suất kiểu nối cứng tốc độ (2  1.i21). 3.1.2.2. Bộ truyền kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen. 44 46 3.1.2.3. Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai. 51 3.2. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ điện và nhiệt. 55 3.2.1. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ nhiệt............................................55 3.2.2. Phân chia tỷ lệ công suất............................................................................57 3.2.3. Lựa chọn động cơ :.....................................................................................57 3.2.4. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ điện..............................................58 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. 3.2.5. Xác định các thông số cho pin ( ắc quy chính ) dùng chạy động cơ điện. 62 3.3. Hệ thông điều khiển trên ô tô Hybrid. 65 3.3.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên ô tô Hybrid...............................65 3.3.2. Điều khiển động cơ điện 1 chiều................................................................66 3.3.2.1. Phương án điều khiển động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. 3.3.2.2. Bộ băm điện áp. 66 68 3.3.2.3. Mạch đảo chiều của hệ thống Tyristo – động cơ. 72 3.3.2.4. Mạch điện điển hình để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. 73 3.3.2.5 : Sơ đồ mạch điện điều khiển chung. 78 3.4. Các bộ phận chính trong hệ thống truyền động kết hợp 80 3.4.1. Bộ điều khiển trung tâm HV ECU (Hybrid Vehicle Electronic Control Unit)...................................................................................................................... 80 3.4.2. Động cơ đốt trong.......................................................................................80 3.4.3. Bộ kết hợp công suất..................................................................................80 3.4.4. Động cơ điện...............................................................................................81 3.4.5. Bộ phận chuyển đổi....................................................................................82 3.4.6. Pin nhiên liệu.............................................................................................82 3.4.7. Cáp nguồn...................................................................................................83 3.4.8. Hộp số vô cấp..............................................................................................83 3.5. Nguyên lý hoạt động của ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng kết hợp động cơ nhiệt và động cơ điện. 84 3.5.1. Chế độ đứng yên.........................................................................................84 3.5.2. Chế độ khởi động xe...................................................................................85 3.5.3. Chế độ khởi động động cơ đốt trong khi xe đang chạy.............................86 3.5.4. Tăng tốc nhẹ với động cơ...........................................................................87 3.5.5. Tốc độ thấp ổ định......................................................................................88 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. 3.5.6. Tăng tốc......................................................................................................89 3.2. 7. Tốc độ cao ổn định....................................................................................90 3.5.8. Tốc độ tối đa................................................................................................91 3.6. Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền kết hợp kiểu vi sai. 93 3.6.1 Số răng của các bánh răng của bộ vi sai...................................................93 3.6.2. Các kích thước cơ bản của bộ vi sai..........................................................93 Chương 4. Xây dựng đường đặc tính ô tô Hybrid. 4.1. Xây dựng đặc tính động cơ đốt trong. 4.2. Xây dựng đặc tính Moto. 99 4.3. Xây dựng đặc tính kéo cho ôtô HYBRID 97 97 101 4.3.1. Tính tỷ số truyền chính io......................................................................101 4.3.2. Các công thức tính lực kéo....................................................................102 Chương 5. Quy trình kiểm tra chất lượng xuất xưởng. 5.1. Kiểm tra tổng thể: 106 106 5.1.1 Số khung, số động cơ:...............................................................................106 5.1.2 Khung,thân vỏ...........................................................................................106 5.1.3 Gương chiếu hậu phía ngoài:...................................................................106 5.1.4 Hệ thống đèn chiếu sáng và tín hiệu.........................................................107 5.1.5 Động cơ và các bộ phận liên quan............................................................107 5.1.6 Bánh xe và moay ơ:...................................................................................107 5.2. Kiểm tra gầm xe. 108 5.2.1. Hệ thống phanh........................................................................................108 5.2.2. Li hợp........................................................................................................108 5.2.3 . Cơ cấu lái và các đòn dẫn động lái....................................................108 5.3.3. Các khớp cầu, khớp chuyển hướng......................................................109 5.3.4. Ngõng quay lái:......................................................................................109 5.3.5. Lò xo, ụ hạn chế hành trình..................................................................109 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. 5.3.6. Giảm chấn:............................................................................................109 5.3.7. Các đăng:...............................................................................................110 5.3.8. Cầu xe:...................................................................................................110 5.3. Kiểm tra buồng lái và khoang hành khách. 110 5.3.1. Kính chắn gió:..........................................................................................110 5.3.2 Gương chiếu hậu:......................................................................................111 5.3.3. Gạt nước và phun nước rửa kính:...........................................................111 5.3.4. Ghế người lái:...........................................................................................111 5.3.5. Đai an toàn ghế của người lái:................................................................111 5.3.6 . Vô lăng lái:..............................................................................................112 5.3.7. Cần số, phanh tay....................................................................................112 5.3.8. Các pêđan li hợp, phanh, ga....................................................................112 5.3.9. Các đồng hồ tốc độ, áp suất khí nén, báo số vòng quay động cơ, mức nhiên liệu…, các đèn chỉ báo.............................................................................112 5.3.10. Kính cửa sổ:............................................................................................113 5.3.11. Sàn xe, trần xe và các thành bên:..........................................................113 5.3.12. Đèn chiếu sáng trong xe, đèn bậc cửa lên xuống, điều hòa, quạt thông gió....................................................................................................................... 113 Kết luận. 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. Lời nói đầu. Ngày nay, vấn đề môi trường là một vấn đề ” đặc biệt” luôn được quan tâm không chỉ trong phạm vi một quốc gia mà lan rộng ra trên toàn thế giới. Ô nhiễm do xe cơ giới đang là vấn nạn của các quốc gia, nhất là những quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Nó ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khoẻ con người. Với mục đích cải thiện về trang thiết bị, máy móc, sức lao động con người. Nhằm nâng cao chất lượng vệ sinh,giảm thải ô nhiểm môi trường, đảm bảo quá trình đô thị hoá của thành phố , trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em chọn nhiệm vụ " Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện.” Đồ án tốt nghiệp là điều kiện tất yếu mà mọi sinh viên phải hoàn thành, để hiểu biết một cách chặt chẽ và nắm vững sâu thêm về kiến thức ôtô. Qua đó sẽ cũng cố thêm kiến thức đã học, thể hiện sự am hiểu về kiến thức cơ bản và cũng là sự vận dụng lý thưyết sao cho hợp lý, nghĩa là lúc này sinh viên đã được làm việc của một cán bộ kỹ thuật. Trong quá trình hoàn thành đề tài, mặc dù đã rất cố gắng, nhung do kiến thức có hạn, tài liệu tham khảo về xe hybrid còn thiếu, chưa có nhiều thực tế ngoài đời sống nên đề tài không thể tránh khỏi thiếu xót. Em rất mong được sự chỉ dẫn quý báu của thầy cô để em hoàn thiện tốt hơn. Em chân thành gửi lời cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy, thầy hướng dẫn Th.s. Phạm Quốc Thái, các thầy cô trong khoa và các bạn sinh viên đã giúp đỡ hết sức tậm tình để em hoàn thành đồ án và khóa học. Đà nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2011 Sinh viên thực hiện: Lê Đắc Dũng. 1 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. ĐẶT VẤN ĐỀ. Phương tiện giao thông là nguồn phát thải ô nhiễm không khí quan trọng nhất hiện nay. Phương tiện giao thông không gây ô nhiễm (zero emission) từ lâu đã là mục tiêu nghiên cứu của các nhà khoa học. Nhiều giải pháp đã được đưa ra cả về mặt hoàn thiện kết cấu động cơ lẫn tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu truyền thống để giảm mức độ phát thải ô nhiễm. Các nghiên cứu này trở nên bức thiết khi nguồn dầu lửa ngày càng cạn kiệt, giá dầu thô thay đổi thất thường và dường như không còn được kiểm soát bằng những giải pháp truyền thống mà thế giới đã dùng trong hơn thế kỷ qua. Hình 1-1: Trữ lượng dầu năm 2005 của các vùng khác nhau trên thế giới tính theo năm sản xuất 2005. Nhìn vào đồ thị ta thấy trữ lượng dầu của các vùng trên thế giới đang có xu hướng giảm, thời gian sử dụng chỉ còn một vài chục năm nữa. Thậm chí trữ lượng dầu tại Châu Âu chỉ còn 9 năm ( theo : BP Statistical Review, 2007). Giá dầu thô thì thất thường và đang tăng cao. Theo điều tra của Reuters thông qua 31 chuyên gia phân tích công nghiệp, dự báo giá dầu thô Mỹ trung bình năm 2011 sẽ là 96,73 US$/thùng. Đây là tháng thứ năm liên tiếp, các chuyên gia phân tích tăng mức giá dầu dự báo (tăng 6,33$/thùng so với dự báo trước). Giá dầu thô Mỹ Trung bình Quý 2/2011sẽ là 99,8$/thùng. Giá dầu Brent trung bình năm nay cũng được dự báo tăng 13,4$/thùng so với báo cáo trước, lên mức 104,57$/thùng. Giá dầu Brent trung bình Quý 2/2011sẽ là 2 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. 107,9$/thùng. Mức chênh lệch giá giữa dầu Brent và WTI sẽ ở ngưỡng trung bình 7,84$/thùng trong suốt năm 2011, giá dầu WTI vẫn thấp hơn Brent. Hình 1-2: Giá dầu thô thế giới và dự báo giá dầu thô năm 2011 (theo Reuters). Trong những năm qua, Nhà Nước phải dùng ngân sách để bù lỗ cho xăng dầu để đảm bảo ổ định giá mặt hàng thiết yếu này nhằm ổn định giá cả của các mặt hàng khác. Tuy nhiên hiện nay giá dầu thô trên thế giới đã vượt ngưỡng 100USD/thùng, Nhà Nước không còn khả năng bù lỗ, giá xăng dầu đã tăng và trong tương lai, mức độ tăng giá xăng dầu sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn do nguồn dữ trữ dầu thô đã cạn kiệt. Theo thống kê của Exxon Mobil, 2002 lượng xăng dầu và khí gas được tìm thấy đến bây giờ chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ. Hình 1-3: Lượng gas và lượng dầu tìm thấy hàng năm từ năm 1990. 3 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. Mặt khác, điều kiện của nước ta năng lượng điện năng tuy chưa có sản lượng lớn nhưng tiềm năng là không thể bỏ qua. Hiện tại điện năng nước ta chủ yếu được sản xuất bằng thủy điện (năng lượng tái sinh). Một số nhà máy thủy điện lớn như : nhà máy thuỷ điện Sơn La (tỉnh Sơn La), Hoà Bình ( tỉnh Hòa Bình), Ialy ( Gia Lai- Kon Tum), Trị An ( Đồng Nai), Sông Hinh ( Phú Yên), Thác Mơ ( Bình Phước), Đa Nhim (Ninh Thuận).... Ngoài ra còn phải kể đến nhiệt điện Phả Lại ( Hải Dương ), Uông Bí ( Quảng Ninh) ....Xu hướng nước ta sẽ xây thêm nhiều nhà máy thủy và nhiệt điện và nhất là sẽ xây dựng nhà máy điên hạt nhân. Do đó từ nay đến 2020, ô tô hybrid chạy kết hợp động cơ nhiệt và động cơ điên và nạp điện bổ sung bằng là phù hợp nhất. Trong xu thế hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) và thế giới (WTO), thị trường nội địa của nước ta chắc chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đối với các nhà sản xuất ô tô thế giới. Mặt khác việc hoà nhập kinh tế với thế giới sẽ nẩy sinh vấn đề về tiêu chuẩn chất thải của xe cho phù hợp với những quy định của thế giới. Nếu chúng ta cứ nhập xe từ nước khác xẽ làm mất thị phần đối với một sản phẩm công nghiệp quan trọng của đất nước. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước có ý nghĩa rất thiết thực, cấp bách và mang tính chiến lược đối với nước ta. Đề tài “ thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng kết hợp động cơ nhiệt và động cơ điện ” đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một kiểu ô tô mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, góp phần thực hiện nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Mục tiêu chính hướng tới của đề tài là : - Nâng cao điều kiện sống của người dân. - Nâng cao chất lượng vệ sinh đảm bảo quá trình đô thị hoá của thành phố - Tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường trong giao thông vận tải. - Tạo ra mặt hàng công nghiệp đặc thù mang lợi thế cạnh tranh lớn. - Phát triển ngành công nghiệp sản xuất ô tô ở Việt Nam. - Tạo ra một nét mới để khẳng định nguồn nhân lực của con người Việt Nam. 4 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. Chương 1. Tổng quan về ô nhiễm môi trường và giới thiệu ô tô Hybrid. 1.1. Tổng quan về ô nhiễm môi trường. 1.1.1. Ô nhiễm môi trường từ góc độ giao thông. Trái đất nóng lên đang là thách thức của nhân loại mọi quốc gia trên thế giới, nhiều biện pháp giảm thiểu tình trạng này được đưa ra. Nhưng hàng ngày, vẫn có một nghịch lý diễn ra, chúng ta vẫn mặc nhiên “đóng góp” thêm cho sự nóng lên bằng chính phương tiện giao thông cơ giới: tai nạn, ùn tắc, lãng phí, rối loạn từ giao thông... Không những thế phương tiện giao thông cơ giới ngày càng tăng nhanh. Hình 1-4: Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam (Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam và Vụ KHCN&MT, Bộ GTVT, 2009) Mới đây, Cục Đăng kiểm Việt Nam công bố kết quả khảo sát nghiên cứu về môi trường đô thị: Hầu hết các loại khí độc hại như HC, CO, C02, S02, NOx trong môi trường không khí tại các đô thị Việt Nam đều vượt tiêu chuẩn cho phép. Có những nơi mật độ giao thông cao, tình trạng tắc nghẽn giao thông thường xuyên thì mức độ ô nhiễm và các chất độc hại nêu trên tăng gấp hơn hai lần so với tiêu chuẩn cho phép. Khí thải xe gây hại sức khỏe cộng đồng. Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường không khí xuất phát từ hoạt động xây dựng, sản xuất công nghiệp… nhưng nguyên nhân chính được các cơ quan chức năng xác định là do lượng khí thải phát ra từ xe môtô, xe gắn máy không kiểm soát được. Môi trường không khí bị ô nhiễm đã và đang gây hại đến sức khỏe con người, làm ảnh hưởng trực tiếp đến hệ hô hấp và nhiều cơ quan nội tạng khác. Các nhà nghiên cứu đã tính toán và đưa ra con số về mức độ thiệt hại kinh tế do ô nhiễm không khí, chủ yếu là do khí thải xe máy, ở TP.HCM là hơn 50 triệu 5 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. USD/năm; còn ở Hà Nội là hơn 20 triệu USD/năm, chiếm từ 0,3 đến 0,6% GDP của thành phố. Dưới đây là biểu đồ về lượng ô nhiễm của một số chất gây ô nhiễm như : NO 2, CO, CO2 do Các trạm QT&PTMT vùng (Đất liền 1, 2, 3) – Mạng lưới QT&PTMT quốc gia, 2010 và Chi cục BVMT TP. Hồ Chí Minh, Cục BVMT, 2007 cung cấp. Biểu đồ 1. Hình 1-5: Diễn biến nồng độ NO2 ven các trục giao thông của một số đô thị trong toàn quốc ( nguồn : Các trạm QT&PTMT vùng (Đất liền 1, 2, 3) – Mạng lưới QT&PTMT quốc gia, 2010 ). Biểu đồ 2. Hình 1-6 : Diễn biến nồng đô ̣ SO2 tại các trục đường giao thông ở một số đô thị ( nguồn : Các trạm QT&PTMT vùng (Đất liền 1, 2, 3) – Mạng lưới QT&PTMT quốc gia, 2010). 6 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. Biểu đồ 3. Hình 1-7: Diễn biến nồng độ CO tại các tuyến đường phố của một số đô thị 2002-2006. ( nguồn : Chi cục BVMT TP. Hồ Chí Minh, Cục BVMT, 2007). 1.1.2. Giải pháp giảm ô nhiễm môi trường do giao thông cơ giới. Trước thực trạng đó nhà nước cần phải có những phương án cụ thể : - Cải tạo quy hoạch hệ thống giao thông đô thị sao cho đáp ứng các chỉ tiêu: Tỷ lệ diện tích giao thông động đạt 15-20% tổng diện tích xây dựng đô thị, tỷ lệ diện tích giao thông tĩnh đạt 3-6%, mật độ đường đạt khoảng 6km/1km2; - Phát triển giao thông công cộng (đạt trên 40%), giao thông đi bộ và đi xe đạp trong thành phố; - Thắt chặt các tiêu chuẩn môi trường có liên quan (tiêu chuẩn xăng dầu, tiêu chuẩn khí thải của các phương tiện giao thông cơ giới); - Tiến hành kiểm soát nguồn thải của các loại xe và cấm vận hành đối với các xe không đạt tiêu chuẩn EURO2 về khí thải. - Khuyến khích xe cộ sử dụng nhiên liệu sạch hơn (xe chạy bằng khí hóa lỏng (LPG), khí tự nhiên nén (CNG), ethanol, dầu sinh học) và xe điện. - Cấm hoặc giảm lượng xe cá nhân chạy ở khu vực trung tâm thành phố, chỉ dành cho người đi bộ và xe công cộng. - Truyền thông nâng cao nhận thức và xây dựng văn hóa, đạo đức môi trường cho mọi người dân đô thị, đặc biệt là đối với những người lái xe ô tô, xe máy và chủ các cơ sở sản xuất. 7 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. Giới thiệu tiêu chuẩn EURO áp dụng ở Việt Nam cho các loại động cơ đốt trong. a. Phương tiện loại nhẹ. Mô Động cơ Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Kiểu g/km g/km g/km g/km 1 Xăng 2,2 2,3 1,0 Diesel C 2,72 1,0 0,64 0,5 Diesel phun trực O Xăng 0.2 0.1 Diesel H Không Không Không Không Diesel phun trực C Xăng 0,15 0,08 NO Diesel Không Không 0,5 0,25 x Diesel phun trực Xăng 0,5 Không Không Diesel 0,7 HC + NOx 0,97 0,56 0,3 Diesel phun trực 0,9 Xăng Không Không Không Không Diesel 0,08 0,025 Chất thải hạt 0,14 0,05 Diesel phun trực 0,10 b. Động cơ hạng nặng và động cơ phi đường bộ (g/kW.h) Mô tả Động cơ Euro 1 CO ESC ETC 4,5 HC ESC 1,1 NMHC ETC CH4(động cơ ETC Euro 3 Euro 4 Euro 5 (2008) 4,0 2,1 5,4 1,5 4,0 1,5 4,0 1,1 0,66 0,46 0,46 Khôn g 0,78 0,55 0,55 Khôn g 1,6 1,1 Khôn g 1,1 7,0 5,0 3,5 2,0 Khôn 5,0 3,5 2,0 g ESC 0,36 0,15 0,10 0,02 0,02 Chất thải hạt ETC Khôn 0,16 0,03 0,03 g NMHC (none metal hydrocacbon): Tổng lượng thải hydrocacbon không bao gồm metal NOx ESC ETC Euro 2 8,0 8 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. 1.2. Giới thiệu chung về ô tô Hybrid. 1.2.1. Xu thế phát triển của ô tô sạch. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung vào việc hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid). Xu hướng phát triển ô tô sạch có thể tổng hợp như sau: + Hoàn thiện động cơ diesel: Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệt tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp. Việc dùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng (dual fuel) cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ diesel. + Ô tô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế: Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza,... có nguồn từ thực vật. Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO 2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính. Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế trên phương tiện vận tải nói chung và trên xe buýt nói riêng vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệu còn cao. Tuy nhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồi dào hoặc các loại nhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản xuất công nghiệp. Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethyl ether (DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên. Đây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch có thể dùng cho động cơ diesel giống như LPG. Thử nghiệm trên ô tô cho thấy, ô tô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV. Nếu việc sản xuất DME trên qui mô công nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởng nhất vì khí thiên nhiên phân bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đương dầu mỏ. + Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên: Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về năng lượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trường trong thành phố. Cho tới nay có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe buýt, đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng. Một trong những khó 9 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô tô. Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố bằng sợi carbon. + Ô tô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG: Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng để chạy ô tô ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn có lợi thế về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu. Việc chuyển đổi ô tô chạy bằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: sử dụng duy nhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời diesel và LPG (dual fuel). Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng bộ chế hoà khí kiểu Venturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp. Những hệ thống phun mới đang được nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trong buồng cháy để tăng tính năng công tác của loại động cơ này. Cũng như các loại nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG trên ô tô là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù áp suất hóa lỏng của LPG thấp hơn rất nhiều so với khí thiên nhiên hay các loại khí khác. Các loại bình chứa nhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật liệu và công nghệ mới. + Ô tô chạy bằng điện: Ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môi trường không khí trong thành phố. Nguồn điện dùng để chạy ô tô được nạp vào accu do đó quãng đường hoạt động độc lập của ô tô phụ thuộc vào khả năng tích điện của accu. Nếu nguồn điện được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái sinh (thủy điện, pin mặt trời...) thì ô tô dùng điện là loại phương tiện lý tưởng nhất về mặt ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên nếu nguồn điện được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thì ưu điểm này bị hạn chế nếu xét về mức độ phát ô nhiễm tổng thể. Ngày nay ô tô chạy bằng accu đã đạt được những tính năng vận hành cần thiết giống như ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống. + Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu: Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ô tô trong tương lai là pin nhiên liệu. Pin nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện năng. Pin nhiên liệu trước đây chỉ được nghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhưng ngày nay pin nhiên liệu đã bước vào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ô tô. Do không có quá trình 10 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pin nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nước. Vì vậy có thể nói ô tô hoạt động bằng pin nhiên liệu là ô tô sạch tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm trong khí xả. Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu không nạp điện mà chỉ nạp nhiên liệu hydrogen. Khó khăn vì vậy liên quan đến lưu trữ hydro dưới áp suất cao hoặc trong vật liệu hấp thụ trên phương tiện vận tải. 1.2.2. Giới thiệu chung và lịch sử ra đời của ô tô Hybrid. 1.2.2.1. Ô tô Hybrid là gì. Hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) là dòng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp. Thật ra, ý tưởng“Hybrid”đã có từ rất lâu đời. Theo Bách Khoa Toàn Thư mở Wikipedia thì Hybrid Vehicle, tạm dịch là Phương Tiện Giao Thông Ghép, là một phương tiện giao thông mà được động lực bằng hai nguồn năng lượng trở lên. Ví dụ như sự kết hợp giữa: Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được (Rechargeable Energy Storage System hay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạp lại được) và Nguồn Năng Lượng Nhiên Liệu (Xăng, dầu diesel v.v...). Xe đạp bằng sức người với sự trợ giúp của động cơ điện ví dụ như xe đạp điện chẳng hạng. Tàu buồm kết hợp với mô-tơ điện.Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về sau. Trong thực tế hiện nay, thuật ngữ này (Hybrid Vehicle) thường dùng để nói đến Phương Tiện Giao Thông Ghép kết hợp năng lượng từ điện và xăng (Petroleum Electric Hybrid Vehicle) hay viết tắt trong tiếng anh là PEHV, và cũng có thể được viết tắt là HEV (Hybrid Electric Vehicle). Theo ngôn ngữ phổ thông tiếng Việt thường dùng ta có thể gọi là “Xe điện xăng”, hay tiếng Anh là Hybrid Car. 1.2.2.2. Lịch sử phát triển của ô tô Hybrid. Những chiếc xe lai đầu tiên được triển lãm ở Paris Salon năm 1899. Nó được chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly của Pháp. Xe Pieper là một kiểu xe lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát bằng gió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì. Ắc quy sẽ được nạp khi xe đang chạy đều trên đường cao tốc hoặc khi xe hoạt động tại chỗ. Khi công suất dẫn động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, motor điện sẽ cung cấp thêm công suất cho động cơ. Nó là một trong hai chiếc xe hybrid đầu tiên và là chiếc xe lai 11 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. song song đầu tiên và không nghi ngờ rằng nó cũng là chiếc xe khởi động điện đầu tiên. Một chiếc hybrid khác được giới thiệu tại Paris Salon, 1899 là chiếc xe lai kiểu nối tiếp đầu tiên và nó thừa kế từ xe điện thương mại của công ty Vendovelli và Priestly Pháp. Chiếc xe điện này có 3 bánh với 2 bánh sau được dẫn động bởi hai motor độc lập. Thêm vào đó là một động cơ xăng 3/4 hp và một máy phát 1,1 kW được đặt ở thanh dằng và được kéo bởi xe để làm tăng tầm hoạt động của xe bằng cách nạp lại cho ắc quy. Trong trường thiết kế của người Pháp này, thiết kế lai được dùng để tăng thêm phạm vi hoạt động cho một xe điện và không cung cấp thêm năng lượng cho một động cơ đốt trong yếu. Một người Pháp tên là Camille Jenatzy đã giới thiệu một chiếc xe lai song song tại Paris Slon vào năm 1903. Chiếc xe này kết hợp một động cơ xăng 6 hp và một động cơ điện 14 hp, nó có thể nạp lại cho ắc quy từ động cơ hoặc có thể hỗ trợ động cơ. Một người Pháp khác tên là H.Krieger chế tạo một chiếc xe lai kiểu nối tiếp thứ hai vào năm 1902. Thiết kế của ông dùng hai motor DC dẫn động hai bánh trước, chúng lấy năng lượng từ 44 ngăn ắc quy chì, chúng được nạp lại bằng một máy phát điện một chiều dẫn động bởi động cơ sử dụng cồn đánh lửa cưỡng bức. TS. Victor Wouk được biết đến như là một nhà nghiên cứu trong trào lưu xe lai điện13. Năm 1975, ông cùng với các đồng nghiệp đã xây dựng một phiên bản xe hybird kiểu song song của chiếc Buick Skylark.13 Động cơ được sử dụng là động cơ quay của Mazda kết hợp với hộp số thường. Nó được hỗ trợ bởi động cơ điện DC riêng biệt 15 hp được đặt phía trước hộp số. 8 ắc quy 12 V được sử dụng để dự trữ năng lượng. Tốc độ tối đa xe đạt được là 80 mph (129 km/h), khả năng tăng tốc từ 0 đến 60 mph trong 16s. Thiết kế xe lai nối tiếp được hồi sinh bởi giáo sư Dr. Ernest H. Wakefield năm 1976, khi đang làm việc cho Linear Alpha Inc. Một động cơ - máy phát AC nhỏ với công suất đầu ra 3 kW được sử dụng để nạp bộ ắc quy. Tuy nhiên những thí nghiệm này nhanh chóng dừng lại bởi vì vấn đề kỹ thuật. Những tiếp cận khác được nghiên cứu trong thập niên 70 và những năm đầu thập niên 80 nhằm mở rộng dải hoạt động của xe lai, dựa trên thiết kế của Venlovelly và Priestly năm 1899. Nhưng những nghiên cứu này không thể tiếp cận thị trường. Các mẫu xe lai khác được chế tạo bởi tập đoàn Electric Auto vào năm 1982 và tập đoàn Briggs & Stratton 1980, cả hai đều theo kiểu bố trí song song. Khái niệm xe lai điện thật sự trở nên hấp dẫn vào thập niên 90 khi một điều trở nên chắc chắn rằng xe điện không bao giờ đạt đến mục tiêu tiết kiệm 12 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. năng lượng. Tập đoàn Ford Motor khởi động chương trình “Thách thức xe lai điện Ford” thu hút những nỗ lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe lai cho sản xuất ô tô. Các nhà sản xuất xe hơi trên thế giới đã xây dựng nhiều mẫu động cơ lai đạt đến tính tiết kiệm nhiên liệu thật tuyệt vời so với các phiên bản động cơ đốt trong trước đây. Tại Mỹ, Dodge đã xây dựng mẫu xe Intrepid ESX 1, 2, và 3. ESX1 là xe lai điện bố trí nối tiếp, công suất được cung cấp bởi động cơ diesel tăng áp nhỏ 3 xylanh và bộ nguồn ắc quy, 2 động cơ điện công suất 100 hp được đặt ở hai bánh sau. Chính phủ Mỹ lập ra “Hiệp hội cho một thế hệ xe mới” (Partnership for a New Generation of Vehicles - PNGV) và đặt ra chỉ tiêu đối với dòng xe sedan trung bình phải đạt đến 80 mpg. Ford Prodigy và GM Precept là kết quả của nỗ lực này, cả hai chiếc này đều là xe lai điện bố trí song song, nguồn công suất sử dụng động cơ diesel tăng áp kích thước nhỏ kết hợp với ly hợp khô và hộp số thường. Cả hai đều đạt được yêu cầu chỉ tiêu đề ra nhưng việc sản xuất này không được thực hiện. Nỗ lực của người châu Âu được thể hiện qua chiếc French Renault Next, là chiếc xe lai điện cỡ nhỏ sử dụng động cơ đốt cháy cưỡng bức 750 cc và 2 motor điện. Nó có thể đạt tốc độ tối đa là 29.4 km/l (70 mpg) và đặc tính tăng tốc tương đương với kiểu xe truyền thống. Volkswagen cũng cho ra mẫu Chico, về cơ bản nó là một chiếc xe điện, với bộ ắc qui nickel–metal hydride và một động cơ kích từ ba pha. Một động cơ xăng nhỏ hai xy lanh dùng để nạp lại cho ắc quy và cung cấp thêm công suất khi hoạt động tốc độ cao. Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo ra bởi các nhà sản xuất người Nhật. Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius ở Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid. Những chiếc xe trên hiện đang lưu thông trên toàn thế giới. Chúng có thể đạt đến tính năng tiêu thụ nhiên liệu tuyệt hảo Toyota Prius và các dòng xe Honda có một giá trị lịch sử vì chúng là những chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp ứng vấn đề tiêu thụ nhiên liệu trên xe. 1.2.2.3. Giới thiệu một số mẫu xe Hybrid. Có rất nhiều mẫu xe của các hang sản xuất trên thế giới sử dụng công nghệ lai Hybrid như Toyota Prius, Camry Hybrid, Honda Civic hybrid, Honda Insigh, Huyndai Sotana Hybrid, Nissan Altima Hybrid, Ford Escape Hybrid, Saturn Vue Green Line… 13 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. Dưới đây giới thiệu một số mẫu xe Hybrid tiết kiệm nhiên liệu và ăn khách nhất thế giới. + Toyota Prius. Toyota vừa tuyên bố doanh số mẫu Prius trên thị trường toàn cầu đã vượt mốc 2 triệu chiếc. Đây là một trong những dòng xe bán chạy nhất của Toyota tại 70 quốc gia trên thế giới, đặc biệt là ở Nhật Bản và Bắc Mỹ. Tính đến thời điểm cuối tháng 9/2010, tổng số xe Prius tiêu thụ được đã đạt mức 2.012.000 chiếc. Toyota bắt đầu phân phối Prius tại Nhật Bản vào năm 1997, tiếp đến là châu Âu, Bắc Mỹ và hơn 200 quốc gia khác. Thế hệ Prius thứ 2 trình làng vào năm 2003, đến năm 2009, Toyota giới thiệu Prius thế hệ thứ 3 Hình 1-8: Toyota Prius. Ngoài ra theo Cơ quan bảo vệ môi trường và Bộ Năng lượng Mỹ, công bố bảng xếp hạng tiêu thụ nhiên liệu (Fuel Economy Guide) của các xe phiên bản 2011. Theo đó, tại Mỹ, Toyota Prius 2011 vẫn đứng đầu bảng về độ tiết kiệm nhiên liệu, với mức tiêu thụ 4,6 lít/100km đường thành phố và 4,9 lít/100km đường cao tốc. Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) là được coi là đơn bị đánh giá mức tiêu thụ nhiên liệu của ô tô đáng tin cậy nhất, có giá trị tham khảo rất cao đối với người mua xe không chỉ tại Mỹ mà còn ở nhiều nước khác. Thông số kỹ thuật. 14 Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện. Động cơ. Loại động cơ 1.8 Hybrid, 4 xilanh Dung tích xi lanh ( cm3). 1798 Công suất cực đại ( Hp/rpm). 134hp (36hp từ mô-tơ điện)/ 5200 Mômen xoắn cực đại ( Nm/ rpm). 142 / 4000 (động cơ xăng) Tăng tốc 0- 100 Km/h.giây 10.1. Kích thước, trọng lượng. Dài × Rộng × Cao (mm) 4460 x 1745 x 1491 Chiều dài cơ sở (mm) 2700 Khoảng sáng gầm xe (mm) 140 Tự trọng không tải (Kg) 1380 Nhiên liệu. Sử dụng nhiên liệu Xăng, điện. Dung tích bình chứa (L) 45 Tiêu thụ nhiên liệu (city, L/ 100Km) 4.6 Tiêu thụ nhiên liệu (highway, L/ 100Km) 4.9 Tiêu thụ nhiên liệu (combined, L/ 100Km) 4.7 Phanh, lốp. Lốp trước/sau P195/65R15 89S/ P215/45R17 89S Hệ thống phanh trước/sau Đĩa tản nhiệt với caliper trượt pit-tông đơn 10.0-inch/10.2inch , có ABS Giá (USD) 23500 + Honda Civic Hybrid. 15