NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ CẢI TẠO XE MÁY THÀNH XE MÁY HYBRID

NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ CẢI TẠO XE MÁY THÀNH XE MÁY HYBRID, tiểu luận đề tài NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ CẢI TẠO XE MÁY THÀNH XE MÁY HYBRID

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẢI TẠO XE MÁY THÀNH XE

MÁY HYBRID

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2021

Mục lục

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẢI TẠO XE GẮN MÁY THÀNH XE

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn dề tài:

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 Đi cùng với những điểm tích cực đó thì sự phát triển của kinh tế, xã hội cũng làm tăng nhu cầu sử dụng các máy móc, phương tiện đi lại qua đó tăng mức độ phát thải ô nhiễm cho môi trường và tiêu hao 1 lượng lớn nhiên liệu trong khi đó nhiên liệu dần cạn kiệt 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 việc tiết kiệm nhiên nhiệu là mục tiêu ưu tiên hàng đầu trong quá trình tạo ra 1 chiếc xe 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

Vì vậy nhóm chúng em chọn đề tài :“Thiết kế cải tạo xe gắn máy thành xe gắn máy hybrid” và nhóm sẽ thiết kế trên xe máy tay ga 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 gắn máy, tuy nhiên do còn nhiều hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm chúng em rất mong nhận được sự thông cảm cũng như sự hỗ trở, chỉ bảo góp ý từ các thầy cô và bạn bè đề tài này hoàn thiện hơn Xe gắn máy hybrid do nhóm thiết kế có thể còn nhiều khuyết điểm nhưng nhóm

hy vọng đề tài này sẽ là cơ sở phục vụ cho việc nghiên cứu, cải tiến nhằm xây dựng nên một chiếc xe máy hybrid hoàn thiện hơn trong tương lai

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

* Xét về đề tài của nhóm, đây là một đề tài tuy không mới trên thế giới nhưng còn khá mới mẻ ở Việt Nam Hiện nay nước ta đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng các phương tiện giao thông hoàn toàn bằng điện nhưng việc sử dụng xe máy hybrid vẫn chưa cao

- Nhóm muốn kết hợp sử dụng đồng thời cả động cơ xăng lẫn điện trên xe có dung tích xy-lanh nhỏ chủ yếu di chuyển trong đô thị vừa đảm bảo được vấn đề về

công suất cũng vừa tiết kiệm được lượng nhiên liệu cần thiết để hạn chế tối đa được

ô nhiễm môi trường

1.3 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

Lượng xe gắn máy ở nước ta trong những năm gần đây gia tăng nhanh chóng, vượt xa so với dự báo của các cơ quan quản lý nhà nước Do tính cơ động cao và giá

cả phù hợp với khả năng kinh tế của phần lớn người dân nên hiện tại cũng như thời gian tới, loại phương tiện này vẫn sẽ giữ vai trò thiết yếu trong quá trình di chuyển của con người Ngoài ra, đa số các phương tiện vận chuyển giao thông cơ giới có sử dụng động cơ nhiệt là nguồn phát thải chính gây ô nhiễm đối với bầu khí quyển Vì vậy, việc làm giảm mức độ phát thải ô nhiễm của chúng luôn là đối tượng được chú

ý nghiên cứu của các nhà sản xuất ô tô, xe gắn máy Trên cơ sở đó, đã có rất nhiều giải pháp được đưa ra nhưng giải pháp áp dụng công nghệ vẫn là giải pháp được đánh giá cao Điều này được minh chứng bởi những chiếc ôtô có động cơ thông minh tiết kiệm nhiên liệu của các hãng xe lớn như Toyota, Honda,… Cũng chính nhờ vậy mà các hãng xe này có thể duy trì được hoạt động sản xuất kinh doanh các dòng xe của mình trong nền kinh tế cạnh tranh cao Chính vì các căn cứ trên, đề tài tập trung nghiên cứu cải tiến xe gắn máy 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 khí thải các chất ô nhiễm ra môi trường, nâng cao công suất tính kinh tế cho phương tiện

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XE GẮN MÁY HYBRID 2.1 Định nghĩa xe hybrid

Xe hybrid là xe sử dụng động cơ tổng hợp được kết hợp giữa động cơ chạy truyền thống (động cơ xăng diesel) với các dạng năng lượng khác như năng lượng thuỷ lực, năng lượng khí nén và đặc biệt hiện nay xe hybrid là sự kết hợp giữa dộng

cơ đốt trong và động cơ điện Động cơ điện được lấy từ pin hay acquy có hiệu suất cao Điểm đặc biệt ở đây là pin hay acquy sẽ được nạp điện trong quá trình xe xuống dốc hay là khi phanh xe Vì vậy không có quá trình tiêu hao năng lượng khi phanh

mà năng lượng đó sẽ cung cấp ngược lại để nạp điện cho pin acquy Nhờ vậy mà xe

có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết

2.2 Xe gắn máy hybrid

Lượng xe gắn máy ở nước ta trong những năm gần đây gia tăng nhanh chóng, vượt xa so với dự báo của các cơ quan quản lý nhà nước Hiện tại và trong một tương lai, loại phương tiện này vẫn đóng vai trò quan trọng trong di chuyển của người dân

do tính cơ động cao, giá cả phù hợp với túi tiền của đại đa số người dân lao động

Công nghệ hybrid đã bắt đầu nghiên cứu áp dụng trên mô tô trong những năm đầu của thế kỷ 21 Tháng 3 năm 2005, Honda đã giới thiệu mẫu xe hybrid Scooter với tính năng nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu Xe hybrid này kết hợp hoạt động của một động cơ đốt trong phun xăng điện tử 50cc và một động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ gắn trực tiếp vào bánh sau của xe Hệ thống

sử dụng một bình ắc quy để lưu trữ năng lượng Khi chạy trên đường bằng phẳng trong thành phố, một mình động cơ điện sẽ dẫn động xe chạy với tốc độ đạt 30 km/h Khi cần lực phát động lớn như tăng tốc hoặc lên dốc thì động cơ đốt trong

sẽ kết với động cơ điện thông qua bộ truyền động đai vô cấp để tăng thêm công suất kéo Để tận dụng năng lượng, khi xe giảm tốc hoặc xuống dốc thì động cơ điện sẽ trở thành máy phát điện nạp điện vào ắc-quy

Các loại xe máy hybrid hiện nay chạy sử dụng động cơ đốt trong chạy bằng liệu xăng và động cơ điện chạy bằng acquy Nhờ phối hợp sử dụng tối ưu công suất động cơ nên tính năng kinh tế của động cơ nhiệt được cải thiện đáng kể Giảm đáng

kể mức tiêu hao nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường Xe vận hành một cách mạnh mẽ và êm ái, ngoài ra còn tạo cảm giác cho người lái được phấn khích hơn khi chạy trên đường

2.3 Ưu điễm nổi bật của xe gắn máy hybrid

Ngoài tính kinh tế nhiên liệu cao và lượng phát thải thấp, xe hybrid còn có đặc điểm là sức mạnh và sự yên tĩnh

Hình 1: Ưu điểm của xe hybrid

- Công nghệ hybrid có tính kinh tế nhiên liệu cao đồng thời cũng góp phần giảm lượng khí thải CO2

- Một lợi ích khác của xe hybrid là cực kỳ yên tĩnh, bởi không cần phải sử dụng động cơ mọi lúc để vận hành

- Xe hybrid sử dụng cả động cơ xăng và mô tơ điện trong quá trình tăng tốc góp phần tăng tốc mượt mà, nhẹ nhàng và liền mạch

- Tiết kiệm nhiên liệu

2.4 Xu hướng phát triển của xe mô tô hybrid

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải, xu hướng ngày nay

và tương lai là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại xe mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu Điều đó càng cấp thiết khi mà môi trường đang dần bị ô nhiễm nghiêm trọng nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá xăng dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể

Không riêng về ô tô mà ngày nay xe mô tô hybrid cũng là mục tiêu hướng tới của các các nhà nghiên cứu và chế tạo Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật dự báo trong tương lai hầu hết người ta sẽ dần thay thế xe chạy bằng động cơ điện hoặc

xe lai thay vì sử dụng mỗi động cơ đốt trong Đối với các nước trong khu vực Đông Nam Á, Thái Lan là một trong những quốc gia được Chính phủ hỗ trợ và khuyến khích người dân sử dụng Cụ thể, trong lần họp báo trước thềm diễn ra triển lãm ô tô lớn nhất Đông Nam Á - Bangkok Motor Show 2017, bà Hirunya Suchinai - Chủ tịch

Ủy ban Đầu tư Thái Lan cho biết, cơ quan này cũng đã thông qua các ưu đãi về thuế nhằm thúc đẩy sản xuất 3 loại xe chạy điện ở Thái Lan

Chính sách phát triển sản xuất xe hybrid và hybrid chạy điện (plug-in hybrid) tại Thái Lan sẽ được triển khai ngay trong năm nay, còn đối với xe chạy điện hoàn toàn là vào năm 2018

Trong khi đó, tại thị trường Việt Nam, mặc dù xe hybrid là dòng xe mới chưa phổ biến trên thị trường và ít người biết đến Tuy nhiên, dòng xe này với rất nhiều công nghệ tiên tiến, đặc biệt về khả năng tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường hứa hẹn là tạo nên cơn sốt trong tương lai

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẢI TẠO XE GẮN MÁY THÀNH XE

GẮN MÁY HYBRID 3.1 Thiết kế cải tạo xe gắn máy có sẵn thành xe gắn máy hybrid

STT Tên sản phẩm ĐV Số

lượng

Đơn giá VNĐ

Thành tiền VNĐ

Bảng 1: Bảng dự trù kinh phí cho đề tài

3.1.1 Phân tích lựa chọn loại xe cần cải tạo

Với phương án phối hợp công suất động cơ điện và động cơ nhiệt thì xe gắn máy không cần động cơ công suất lớn Trong khi điều kiện kinh tế làm đề tài còn có nhiều hạn chế, và yêu cầu xe gắn máy có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng xe không quá lớn Vì vậy nhóm chúng em chọn xe máy tay ga, để tiến hành cải tạo thành xe gắn máy hybrid Động cơ có thể chọn xe gắn máy có động cơ công suất bé nhất đang sử dụng phổ biến hiện dung tích xi lanh 50cc, công suất tối đa 3,5 kW ở tốc độ động cơ

7500 vòng/phút

Hình 2: xe máy tay ga 50CC

3.1.2 Phân tích các phương án lắp đặt động cơ nhiệt và động cơ điện

Cải tạo lại xe gắn máy và lắp đặt các động cơ được thực hiện theo nguyên tắc giảm tối đa sự thay đổi kết cấu, tránh làm giảm độ cứng vững ban đầu của khung xe,

và giảm được giá thành khi cải tạo

Lắp đặt động cơ nhiệt: Động cơ nhiệt và hệ thống điều khiển động cơ nhiệt được giữ nguyên như xe gắn máy trước khi cải tạo Phần dẫn động ra lốp sau và phần khung gầm cũng giữ nguyên

Phân tích Lắp động cơ điện:

● Lắp động cơ điện phía sau dẫn động lốp sau

- Ưu điểm: Giữ được cảm giác lái và tính ổn định ban đầu của xe

- Nhược điểm: Động cơ điện đặt phía sau nên gây khó khăn cho việc bố trí và lắp đặt cơ cấu truyền động Dẫn đến khó có thể kết hợp được công suất của động cơ điện và động cơ nhiệt

● Lắp động cơ điện ở giữa dẫn động lốp sau

- Ưu điểm: giữ được trạng thái cân bằng

- Nhược điểm: chiếm phần lớn diện tích người lái khó khăn trong việc bố trí và lắp cơ cấu truyền động

● Lắp động cơ điện phía trước dẫn động lốp trước

- Ưu điểm: Dễ dàng kết hợp công suất hai động cơ (sẽ được trình bày ở phần sau) cũng như tách riêng từng chế độ làm việc của mỗi động cơ và nạp điện lại cho

ắc quy Tăng tính cơ động của xe gắn máy hybrid Tối thiểu được sự thay đổi kết cấu khung xe gây mất tính bền ban đầu vì vậy giảm thiểu được chi phí trong quá trình cải tạo

- Nhược điểm: Có thể gây mất tính ổn định lái Do là bánh xe điện nên kích thước của bánh xe trước và bánh xe sau không giống nhau làm mất sự cân đối ban đầu của xe

Qua việc phân tích trên, nhóm chúng em nhận thấy phương án đặt một động

cơ điện phía trước là đáp ứng được hầu hết các yêu cầu đưa ra là kết hợp được công suất hai động cơ và giữ nguyên được kết cấu và hình dáng xe tiết kiệm được chi phí phát sinh dễ dàng lắp đặt và bố trí hệ thống điện, không gây phức tạp hệ thống dẫn động Vì vậy, nhóm lựa chọn phương án lắp đặt một động cơ điện phía trước để tiến hành thiết kế và cải tạo xe gắn máy hybrid

3.1.3 Thiết kế bố trí động cơ điện

● Sử dụng 1 động cơ điện và bố trí ở bánh trước vì:

- Dễ dàng lắp đặt và bố trí hệ thống điện, không gây phức tạp hệ thống dẫn động

- Vì phải cải tạo ở bánh sau nên phương án này giảm thiểu tối đa khả năng động cơ điện bị ảnh hưởng trong quá trình làm thay đổi dẫn động trong xe hybrid

- Giữ nguyên được kết cấu và hình dáng

- Tăng khả năng cơ động cho xe

● Nguyên lí hoạt động :

- Ở chế độ sử dụng động cơ nhiệt: Động cơ nhiệt hoạt động dẫn động bánh sau khiến chiếc xe hoạt động như bình thường Giúp xe có thể hoạt động trên quãng đường dài với nhiên liệu xăng

- Ở chế độ hoạt động với động cơ điện: Động cơ điện phía trước xe hoạt động

sẽ kéo toàn bộ chiếc xe, động cơ nhiệt lúc này hoàn toàn không hoạt động nữa, nên

để tránh mất mát công suất do sự dẫn động ngược từ bánh xe sau vào động cơ, lúc này ly hợp sẽ cắt truyền động từ bánh sau với động cơ nhiệt

- Phối hợp sử dụng cả 2 động cơ khi lên dốc: Hai động cơ sẽ hoạt động song song nhau

Hình 3: Sơ đồ bố trí trên xe

- Trong đó: 1: Vị trí động cơ điện; 2: Vị trí động cơ nhiệt; 3: Vị trí bố trí bình acquy

3.2 Thiết kế bố trí hệ thống truyền động điện cho xe gắn máy hybrid

3.2.1 Phân tích, lựa chọn phương án phối hợp công suất

● Kiểu nối tiếp

Hình 4: Kiểu nối tiếp

+ Động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc

● Kiểu song song

Hình 5: Kiểu song song

+ Bộ phận điều khiển có kết cấu mạch điện phức tạp hơn

+ Sử dụng nhiều nguồn ắc-quy (ắc-quy của động cơ nhiệt và động cơ điện) + Giá thành sản phẩm có khả năng cạnh tranh

● Kết luận

Sau khi xem xét 2 phương pháp phối hợp công suất, căn cứ vào các tiêu chí về

kĩ thuật như: công suất đạt yêu cầu, gọn nhẹ Và yêu cầu tính khả thi về kinh tế, nhận thấy phương pháp phối hợp công suất theo kiểu song song là hợp lý nhất vì:

- Phù hợp với mục đích là cải tạo lại dựa trên xe máy có động cơ nhiệt nên không thay đổi nhiều về kết cấu, về mặt cấu trúc hình dáng tổng thể chiếc xe gần như giữ nguyên nên giảm bớt chi phí thiết kế xe

- Có thể tận dụng hầu hết chiếc xe động cơ nhiệt nên giảm kinh phí, và giữ nguyên được công suất động cơ nhiệt ban đầu, kết cấu đơn giản

- Có thể khắc phục và nghiên cứu thêm về hệ thống điều khiển để giảm bớt độ phức tạp của xe trong lúc hoạt động

3.3 Thiết kế bố trí lắp đặt các hệ thống bổ sung

Hình 6: Động cơ điện

Đối với phương án bố trí động cơ điện phía trước Về cơ bản là lốp xe máy tay

ga 50cc nó gần như là giống với lốp xe điện Nên không cần thiết phải thay đổi quá nhiều Do động cơ điện được tích hợp trên bánh xe và gắn cứng với trục bánh

xe Khác với loại bánh xe thông thường trục được thiết kế riêng rẽ và trục được luồng qua hai lỗ của phuộc khi lắp bánh xe lên Cho nên đối với bánh xe điện nêu trên không thể dùng phương pháp lắp luồng trục qua lỗ phuộc do trục đã được nối cứng với bánh xe

Có thể dùng phương pháp lắp 2 phuộc vào 2 đầu trục bánh xe điện trước, sau

đó lắp đầu phuộc vào chắn ba ngã sau Phương pháp lắp như thế vẫn đảm bảo tính bền và độ cứng vững ban đầu của phuộc nhưng nó có nhược điểm là gây khó khăn lớn khi bảo dưỡng, sửa chữa bánh xe điện về sau do phải tháo hoàn toàn phần đầu trước của xe hybrid mới có thể lấy bánh xe điện ra được

Cải tạo lại phuộc trước để lắp được bánh xe điện mà không cần phải dùng phương pháp nêu trên Tiến hành xẻ rãnh có độ rộng bằng với đường kính lỗ lắp trục trên phuộc Để có thể lắp trục bánh xe điện từ phía dưới lên