Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành đến tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHẠM QUỐC HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH ĐẾN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ SỬ DỤNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



PHẠM QUỐC HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH ĐẾN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ SỬ DỤNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Đà Nẵng, 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



PHẠM QUỐC HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH ĐẾN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ SỬ DỤNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 07 năm 2017

Tác giả

Phạm Quốc Huy

TÓM TẮT

Tên đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành đến tiêu hao nhiên

liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động”

Thời gian thực hiện: 01/05/2016 đến 20/07/2017

Địa điểm nghiên cứu: Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Mục tiêu của đề tài là nhằm tới việc nghiên cứu sử dụng hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô sử dụng hộp số tự động qua các chế độ vận hành

Hơn nữa: việc tính toán, phân tích tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động ở các chế độ vận hành sẽ được kiểm chứng bằng thực nghiệm, vì vậy đề tài sẽ tỏ

rõ tính thực tiễn và ý nghĩa khoa học

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là vấn đề tiêu hao nhiên liệu ở các chế độ vận hành của ô tô sử dụng hộp số tự động

Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi ô tô sử dụng hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực

Để đạt được mục đích nêu trên, luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp; trong đó kết hợp phương pháp tính toán, phân tích đánh giá lý thuyết đồng thời sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng tính đúng đắn và độ tin cậy của phương pháp lý thuyết tính toán

SUMMARY Topic name: “Study on the effect of operating mode on automobile fuel consumption of cars using automatic transmission”

Execution time: 01/05/2016 to 20/07/2017

Study location: Da Nang University of Technology

The aim of the research is to study the efficient and economical use of fuel for automobiles using automatic transmission through operating modes; This in turn contributes to enhancing energy security while reducing air pollution caused

by caused by the means of transpost

Moreover: calculations, vehicle fuel consumption analysis using automatic gearboô tôs in operating modes will be verified experimentally, so the topic will be realistic and meaningful, science

The subject of the dissertation is fuel consumption in the operating mode of cars using automatic transmission

The scope of research of the subject is limited to the area of automobiles use automatic transmission type clutch hydraulic

To achieve the above purpose, the dissertation uses the method of integrated research; It combines calculations, theoretical analysis, and empirical research to verify the correctness and reliability of theoretical calculation method

Key word: Automatic transmission, fuel consumption, effect of operating

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TÓM TẮT ii

SUMMARY ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

KÝ HIỆU KHOA HỌC ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng 3

1.1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng hóa thạch 3

1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu 4

1.2 Tình hình nghiên cứu giảm tiêu hao nhiên liệu cho ô tô 5

1.2.1 Các giải pháp hoàn thiện động cơ để tiết kiệm nhiên liệu [6] 5

1.2.1.1 Công nghệ van biến thiên theo thời gian 6

1.2.1.2 Hệ thống xi lanh chủ động 6

1.2.1.3 Turbin tăng áp và siêu nạp 6

1.2.1.4 Sử dụng công nghệ cao nhằm giảm tối thiểu ma sát bên trong động cơ 7

1.2.1.5 Sử dụng công nghệ đánh lửa bằng tia plasma 8

1.2.2 Các giải pháp công nghệ mới để tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô 8

1.3 Tình hình nghiên cứu hộp số tự động 10

1.3.1 Lịch sử phát triển ô tô hộp số tự động 10

1.3.2 Các nghiên cứu phát triển hộp số tự động cho ô tô 11

1.3.2.1 Các nghiên cứu phát triển công nghệ trên thế giới 11

1.3.2.2 Xu hướng phát triển sử dụng ô tô hộp số tự động ở Việt Nam 18

1.4 Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21

2.1 Phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô 21

2.1.1 Phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô 21

2.1.2 Các yếu tố ảnh hướng đến tiêu hao nhiên liệu ô tô 25

2.1.2.1 Ảnh hưởng của suất tiêu hao nhiên liệu động cơ: 25

2.1.2.3 Ảnh hưởng của chất lượng mặt đường và lốp ô tô 26

2.1.2.4 Ảnh hưởng của hình dáng thân vỏ ô tô 26

2.1.2.5 Ảnh hưởng của chất lượng hệ thống truyền lực 26

2.1.2.6 Ảnh hưởng của tỷ trọng nhiên liệu 26

2.1.2.7 Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động 26

2.1.3 Ảnh hướng của truyền động thủy lực đến tiêu hao nhiên liệu ô tô 27

2.1.3.1 Nguyên lý làm việc của bộ biến đổi mô-men 28

2.1.3.2 Nguyên lý làm việc của hộp số thủy cơ 32

2.2 Các phương pháp thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu ô tô 35

2.2.1 Phương pháp thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu ô tô trên băng thử 36

2.2.2 Phương pháp thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu ô tô trên đường 39

2.2.3 Phương pháp pháp xử lý dữ liệu thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu 40

2.3 Kết luận chương 2 40

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 42

3.1 Giới thiệu trang thiết bị thí nghiệm 42

3.1.1 Sơ đồ bố trí tổng thể thiết bị OBD II Wifi: 42

3.1.2 Thiết bị chẩn đoán đa năng OBD II Wi-fi 43

3.1.3 Thiết bị ghi nhận dữ liệu từ OBD II Wi-fi 44

3.1.4 Ô tô thử nghiệm Hyundai i20 45

3.1.5 Lộ trình chạy ô tô thử nghiệm trên đường 49

3.2 Tổ chức thử nghiệm 51

3.2.1 Nội dung thử nghiệm 51

3.2.2 Quy trình vận hành thử nghiệm ô tô Hyundai i20 trên đường 52

3.2.2.1 Chạy ô tô theo lộ trình I: 52

3.2.2.2 Chạy ô tô theo lộ trình II: 52

3.2.2.3 Chạy ô tô theo lộ trình III: 52

3.2.2.4 Chạy ô tô theo lộ trình IV: 53

3.2.2.5 Chạy ô tô theo lộ trình V: 53

3.3 Kết quả thử nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu trên đường 53

3.3.1 Phương pháp ghi nhận dữ liệu 53

3.3.2 Kết quả thử nghiệm 53

3.3.2.1 Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu ô tô theo lộ trình I 53

3.3.2.2 Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu ô tô theo lộ trình II 58

3.3.2.3 Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu ô tô theo lộ trình III 59

3.3.2.4 Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu ô tô theo lộ trình IV 60

3.3.2.5 Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu ô tô theo lộ trình V 60

3.4 Kết luận chương 3 62

CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 63

4.1 Phương pháp xử lý đánh giá dữ liệu thực nghiệm 63

4.1.1 Phương pháp xử lý dữ liệu tức thời 63

4.1.2 Phương pháp xử lý dữ liệu gần đúng 65

4.2 Kết quả phân tích đánh giá dữ liệu thử nghiệm 66

4.2.1 Tiêu hao nhiên liệu ô tô khi vận hành ô tô với tốc độ không đổi 66

4.2.2 Tiêu hao nhiên liệu ô tô khi vận hành ô tô có gia tốc 67

4.2.2.1 Tiêu hao nhiên liệu ô tô khi vận hành ô tô có gia tốc trong nội đô 67

4.2.2.2 Tiêu hao nhiên liệu ô tô khi vận hành ô tô có gia tốc qua đèo dốc 68

4.2.2.3 Tiêu hao nhiên liệu khi vận hành ô tô gia tốc mạnh từ trong nội đô ra ngoại ô 68

4.3 Kết luận chương 71

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 72

1 KẾT LUẬN 72

2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang

Hình 1 1: Nhu cầu xăng dầu của Việt Nam 3

Hình 1 2: Ô nhiễm không khí 5

Hình 1 3: Kết cấu cụm van biến thiên theo thời gian 6

Hình 1 4: Hệ thống xilanh chủ động trên động cơ V6 6

Hình 1 5: Tuabin tăng áp sử dụng trên động cơ 6

Hình 1 6: Công nghệ mạ Nano-slide 7

Hình 1 7: HT đánh lửa Plasma-ACIS 8

Hình 1 8: Sơ đồ hoạt động của ô tô Hybrid 9

Hình 1 9: Mô phỏng hoạt động của bộ xúc tác tiết kiệm nhiên liệu “FuelSaver” 9

Hình 1.10: Tiêu hao nhiên liệu khi thử nghiệm lái ô tô theo chu trình ECE-1504 10

Hình 1.11: Hộp số tự động CVT 11

Hình 1.12: Bộ truyền động bằng dây đai 11

Hình 1.13: Các chế độ hoạt động của bộ truyền động 12

Hình 1.14: Kết cấu dây đai phức hợp 12

Hình 1.15: Kết cấu hộp số ly hợp kép 14

Hình 1.16: Kết cấu hộp số tự động 8 cấp 15

Hình 1.17: Chuyển số: Dải truyền động lớn hơn và hiệu suất cao hơn cho phép hộp số mới tiết kiệm nhiên liệu 6% so với thế hệ trước 16

Hình 1.18: Hộp số CVT có hộp số phụ 16

Hình 1.19: Hộp số CVT có hộp số phụ sử dụng dây đai xích 17

Hình 1.20: Hộp số DSG 10 cấp 18

Hình 1 21: Biểu đồ sản lượng tiêu thụ theo các tháng của toàn thị trường từ tháng 11/2016 đến tháng 3/2017 18

Hình 1.22: Biểu đồ sản lượng tiêu thụ theo các tháng của toàn thị trường từ tháng 11/2015 đến tháng 3/2016 19

Hình 1 3: Kết cấu cụm van biến thiên theo thời gian 51

Hình 1 3: Kết cấu cụm van biến thiên theo thời gian 51

Hình 2 1: Sơ đổ tổng quát lực và mô men tác dụng lên ô tô 22

Hình 2.2: Bản đồ biểu diễn suất tiêu hao nhiên liệu động cơ phụ thuộc vào tốc độ [rpm] và tải pe[bar] của động cơ 27

Hình 2.3: Cấu tạo biến mô thủy lực 28

Hình 2.4: Đồ thị đặc tính ngoài của bộ biến mô thủy lực 32

Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu hành tinh kiểu Wilson một dãy 33

Hình 2 6a: Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu hành tinh một dãy kiểu bánh răng kép loại I 33

Hình 2.7: Bố trí tổng thể ô tô và các thiết bị phụ trợ trên băng thử CD-48” 36

Hình 2.8a: Chu trình thử ECE 1504 37

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí chung hệ thống thu nhận dữ liệu OBD II Wi-fi 43

Hình 3.1: Hình dáng thiết bị OBD II Wi-fi 43

Hình 3.3: Màn hình hiển thị dữ liệu từ phần mềm ứng dụng OBD II Wi-fi 44

Hình 3.4: Hình dáng ô tô Hyundai i20 dùng cho thử ngiệm 45

Hình 3.5a: Hộp số tự động A4FC1 gồm 4 cấp tiến và 1 số lùi (Hyundai i20) 47

Hình 3.6: Tuyến đường từ quốc lộ 1A xuống cảng Chân may 50

Hình 3 7: Tuyến đường Hoàng Sa (Đà Nẵng) đi xã Điện Ngọc (Quảng Nam) 51

Hình 3.8: Tuyến đường Đèo Hải Vân 51

Hình 3.9: Màn hình hiển thị và ghi nhận dữ liệu thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu 53

Hình 3.10: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 54

Hình 3.11: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 54

Hình 3.12: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 55

Hình 3.13: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 55

Hình 3.14: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 56

Hình 3.15: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian (khi duy trì vận tốc ô tô không đổi V = 70km/h) 56

Hình 3.16: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 57

Hình 3.17: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 57

Hình 3.18a: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian (khi vận hành có gia tốc trong nội đô V <= 50km/h) 58

Hình 3.19: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian (khi vận hành ô tô có gia tốc trong nội đô ra ngoại ô với V > 60km/h) 59

Hình 3.20: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 60

Hình 3.21a: Diễn biến các đại lượng V[km/h], n[rpm], Gh[lít/h] theo thời gian 61

Hình 4.1: Diễn biến các đại lượng V, Gh và Qnl theo thời gian t(s) 63

Hình 4.2: Diễn biến V(t), Gh(t) và Qnl(t) và Qnl_tb trên đoạn đường dèo dốc 64

Hình 4.3: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu Qnl theo tốc độ vận hành không đổi 66

Hình 4.4: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu Q khi vận hành ô tô ở nội đô 67

Hình 4.5: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu Q khi vận hành ô tô qua đèo dốc 68

Hình 4.6: Diễn biến tiêu hao nhiên liệu khi biến mô bị trượt mạnh 69

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1: Dự báo nhu cầu nhiên liệu xăng dầu các vùng kinh tế đến năm 2020 3

Bảng 1.2: Ước tính khí thải theo nhiên liệu tiêu thụ ngành giao thông vận tải 4

Bảng 2.1: Tổng hợp truyền động cơ cấu hành tinh một dãy kiểu Wilson 35

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật chính của ô tô Hyundai i20 45

Bảng 3.2: Các khả năng làm việc của hai dãy hành tinh hộp số A4FC1 48

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của hộp số tự động A4CF1 - ô tô Hyundai i20 49

Bảng 4.1: Kết quả xử lý tiêu hao nhiên liệu ô tô ở tốc độ ô tô không đổi 66

Bảng 4.2: Dữ liệu thử nghiệm khi vận hành tăng tốc mạnh đột ngột 69

Bảng 4.3: So sánh tiêu hao nhiêu liệu ở các chế độ vận hành ô tô 72

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU KHOA HỌC

MT (Manual Transmission): Hộp số sàn

AT (Automatic Transmission): Hộp số tự động

VOCs (Volatile organic compounds): các hóa chất có gốc Carbon

VVT/VVT-i (Variable Valve Timing / Variable Valve Timing – intelligent): biến thiên thời điểm đóng mở van / biến thiên thời điểm đóng mở van thông minh

ACIS (Advanced Corona Ignition System): Hệ thống đánh lửa bằng tia Plasma

CVT (Continuously variable transmission): hộp số có tỷ số truyền biến thiên vô cấp

ECT (Electronic Controlled Transmission): Hộp số điều khiển bằng điện

ASC (Adaptive Shift Control): Điều khiển chuyển đổi thích nghi

EFI (Electronic Fuel Injection): Phun nhiên liệu bằng điện tử

DFI (Direct Fuel Injection): Phun nhiên liệu trực tiếp

GDI (Gasoline Direct Injection): Phun xăng trực tiếp

EGR (Exhaust gas recirculation): Luân hồi khí thải

VAMA: Hiệp hội các nhà sản xuất ôtô Việt Nam

OBD II (On Board Diagnostic II): Chẩn đoán lỗi thế hệ 2

Me : Momen xoắn của động cơ [N.m]

ih, io : Tương ứng là tỷ số truyền hộp số, tỷ số truyền của truyền lực chính

t : Hiệu suất truyền chung của hệ thống truyền lực

Je : Mômen quán tính khối lượng của bánh đà động cơ và các chi tiết quay khác trong động cơ qui dẫn về trục khuỷu [kg.m2]

Jk : Mômen quán tính khối lượng của chi tiết quay thứ k nào đó trong hệ thống truyền lực đối với trục quay của chính nó [kg.m2]

Jbx : Mômen quán tính khối lượng của bánh ô tô chủ động [kg.m2]

ik : Tỷ số truyền tính từ chi tiết thứ k đến bánh ô tô chủ động

k : Hiệu suất truyền tính từ chi tiết thứ k đến bánh ô tô chủ động

e : Tốc độ góc trục khuỷu động cơ [rad/s]

k : Tốc độ góc của chi tiết quay thứ k trong hệ thống truyền lực [rad/s]

bx : Tốc độ góc của bánh ô tô chủ động [rad/s]

v : Tốc độ chuyển động tính tiến của ôtô [m/s]

ma : Khối lượng của ôtô [kg]

Rbx : Bán kính bánh ô tô chủ động [m]

MỞ ĐẦU

Nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường luôn

là mục tiêu nghiên cứu của ngành động cơ và ô tô trong tình hình dầu mỏ đang được khai thác ngày một cạn kiệt

Bên cạnh đó, việc nâng cao tính an toàn, tính tiện ích và hiện đại, điều kiện làm việc nhẹ nhàng cho lái ô tô ngày nay cũng đã và đang được quan tâm hơn Vì vậy, ô tô

sử dụng hộp số tự động (hộp số điều khiển sang số tự động – Automatic Transmission – AT) đã được phổ biến rộng rãi, nhất là ô tô con và được mọi người ưa chuộng; do vậy trong tương lai gần, ô tô này có thể thay thế dần cho ô tô sử dụng hộp số cơ khí thông thường điều khiển bằng tay (hộp số sàng số điều khiển bằng tay – Manual Transmission

- MT)

Tuy nhiên, việc sử dụng hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực có xu hướng làm tăng tiêu hao nhiên liệu cho ô tô Để có sự đánh giá một cách tổng quát và khoa học các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu đối với ô tô sử dụng hộp số tự động, cần thiết phải nghiên cứu đầy đủ cả lý thuyết lẫn thực nghiệm về vấn đề này Với lý do đó, đề tài

“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành đến tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động” của luận văn có ý nghĩa khoa học và mang tính cấp thiết; qua đó góp phần sử dụng hiệu quả hơn nguồn nhiên liệu dầu mỏ đang cạn kiệt; đồng thời cũng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong tình hình mới

Em rất mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức đã được truyền thụ

để khi ra trường em có thể tham gia vào ngành ô tô của Việt Nam để góp phần vào sự phát triển chung của ngành

Em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến Quý Thầy hướng dẫn TS Phan Minh Đức, TS Lê Văn Tuy đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn thành đề tài của mình Bên cạnh đó là tất cả các Quý Thầy Cô trong khoa, phòng đào tạo đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

1 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là nhằm tới việc nghiên cứu sử dụng hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô sử dụng hộp số tự động qua các chế độ vận hành; qua đó góp phần nhỏ vào việc tăng cường an ninh năng lượng đồng thời làm giảm ô nhiễm môi trường

không khí do các phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây ra

2 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Trên cơ sở phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu ô tô, luận văn

đi sâu phân tích ảnh hưởng của chế độ vận hành đến tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động Hơn nữa: việc tính toán, phân tích tiêu hao nhiên liệu ô tô sử dụng hộp

số tự động ở các chế độ vận hành sẽ được kiểm chứng bằng thực nghiệm, vì vậy đề tài

sẽ tỏ rõ tính thực tiễn và ý nghĩa khoa học

3 Đối tượng nghiên cứu

Như mục đích nghiên cứu đã chỉ rõ, với đề tài «Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành đến tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động» thì đối tượng nghiên cứu của luận văn là vấn đề tiêu hao nhiên liệu ở các chế độ vận hành của ô tô sử dụng hộp số tự động

4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi ô tô sử dụng hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực

Cụ thể ô tô được sử dụng cho thử nghiệm là ô tô con 5 chỗ ngồi, hộp số tự động

AT gồm 4 số, có mã hiệu Hyundai i20 do hãng Hyundai của Hàn Quốc sản xuất năm

5 Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mục đích nêu trên, luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp; trong đó kết hợp phương pháp tính toán, phân tích đánh giá lý thuyết đồng thời sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng tính đúng đắn và độ tin cậy của phương pháp lý thuyết tính toán

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng

1.1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng hóa thạch

Hiện nay, nước ta hầu như phải nhập khẩu hoàn toàn khoảng 30% nhu cầu xăng dầu cho giao thông vận tải Tiềm năng dầu khí của nước ta không phải là lớn, từ chỗ xuất khẩu năng lượng (dầu thô, than), dự báo trong vòng 15 năm tới Việt Nam sẽ phải

nhập năng lượng (dự báo tỷ lệ nhập khẩu khoảng 11% - 20% vào năm 2020, tăng lên

(Theo số liệu dự báo của Bộ Thương mại trước đây)

Nhu cầu tiêu thụ xăng dầu trong nước ngày càng tăng và dự báo trong 25 năm tới còn tiếp tục tăng cao Nếu các tiêu chuẩn về chất lượng xăng dầu không được thắt chặt thì chúng ta sẽ phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm không khí đô thị rất nghiêm trọng

Hình 1 1: Nhu cầu xăng dầu của Việt Nam (Nguồn: Quy hoạch phát triển ngành dầu khí Việt Nam giai đoạn 2006-2015

- Định hướng đến năm 2025, Bộ Công nghiệp, 07/2007)

1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu

Nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí rất đa dạng Đối với môi trường không khí các đô thị, áp lực ô nhiễm chủ yếu do hoạt động giao thông vận tải, hoạt động xây dựng, hoạt động công nghiệp, sinh hoạt của dân cư và xử lý chất thải Trong đó, ô nhiễm

không khí ở đô thị do các hoạt động giao thông vận tải chiếm tỷ lệ khoảng 70% Ở nông

thôn, ô nhiễm không khí do các nguồn thải ô nhiễm chủ yếu từ sản xuất nông nghiệp, sản xuất ở các làng nghề và sinh hoạt của dân cư

Xét các nguồn phát thải các khí gây ô nhiễm trên phạm vi toàn quốc, ước tính hoạt động giao thông đóng góp gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs Trong khi

đó, các hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp chính khí SO2 Đối với NO2 hoạt động giao thông và các ngành sản xuất công nghiệp có tỷ lệ đóng góp xấp xỉ nhau Riêng đối với bụi lơ lửng (TSP), ngành sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng là nguồn phát thải chủ yếu (chiếm khoảng 70%),

Hầu hết các hoạt động giao thông vận tải đều phát thải các loại chất ô nhiễm không khí như bụi, CO, CO2, NOx, SO2 và hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) Sự phát thải các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động này đang gia tăng nhanh cùng với sự gia tăng về mức độ đầu tư phát triển hệ thống kết cấu hạ tầng, sự bùng nổ của các phương tiện giao thông cá nhân, sự đầu tư chưa thỏa đáng cho phát triển hệ thống giao thông công cộng cũng như chất lượng nhiên liệu chưa được cải thiện, nâng cấp

Bảng 1.2: Ước tính khí thải theo nhiên liệu tiêu thụ ngành giao thông vận tải

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng môi trường năm 2003; MECCP, 2007)

Ngoài ra, theo báo cáo hiện trạng môi trường Quốc gia năm 2007 do hệ thống đường giao thông ở các khu đô thị lớn có mật độ thấp (khoảng 5,41 km/km2), cường độ dòng ô tô lớn (trên 1800 - 3600 ô tô/giờ), đường hẹp, nhiều giao cắt, chất lượng đường kém, phân luồng hạn chế, luôn phải thay đổi tốc độ, dừng lâu nên lượng khí độc hại CO, SO2, NO2, CxHy, các hợp chất chứa bụi, chì, khói, tiếng ồn do ô tô thải ra rất lớn Nồng

độ bụi trong không khí ở các thành phố như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng… trung bình ngày ở các nút giao thông cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 3-5 lần và

nồng độ khí CO và NO2 trung bình ngày ở một số nút giao thông lớn đã vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,2-1,5 lần Xét trên từng phương tiện tham gia giao thông thì lượng phát thải ô nhiễm không khí từ xe máy là tương đối nhỏ, trung bình một xe máy thải ra lượng khí thải chỉ bằng 1/4 so với ô tô ôtô con Tuy nhiên do số lượng xe tham gia giao thông chiếm tỷ lệ lớn hơn và chất lượng nhiều loại xe máy đã xuống cấp nên xe máy hiện vẫn

là nguồn đóng góp chính các loại khí ô nhiễm, đặc biệt đối với các khí thải như CO và VOC

Ô nhiễm không khí do khí thải của phương tiện đang là vấn đề môi trường tại hầu hết các bến ô tô trong các khu đô thị lớn, đặc biệt là Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh do lưu lượng ô tô ra vào các bến này rất cao, khoảng 1000-1500 lượt ô tô/ngày- đêm gây nên tình trạng quá tải Kết quả khảo sát của Viện Chiến lược và Phát triển GTVT cho thấy chất lượng không khí tại hầu hết các bến ô tô khu vực phía bắc đều bị ô nhiễm NOx

và bụi lơ lửng, vượt tiêu chuẩn cho phép khoảng 3-10 lần

Hình 1 2: Ô nhiễm không khí

1.2 Tình hình nghiên cứu giảm tiêu hao nhiên liệu cho ô tô

1.2.1 Các giải pháp hoàn thiện động cơ để tiết kiệm nhiên liệu [5]

Sự phát triển của khoa học công nghệ đã đóng góp đáng kể vào quá trình nâng cao hiệu suất sử dụng và tiết kiệm nhiên liệu Có hàng loạt các giải pháp từ các ngành hoá học, sinh học và cơ học được đề xuất Tuy nhiên, không phải tất cả đều có kết quả khả quan, mặc dù chúng có tác dụng tốt tại một thời điểm nhất định Cơ quan nghiên cứu và tái sinh năng lượng Hoa Kỳ đã tiến hành thử nghiệm những công nghệ có tác dụng cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu nhưng không làm biến đổi cấu trúc của động cơ

1.2.1.1 Công nghệ van biến thiên theo thời gian

Công nghệ kiểm soát thông minh

thời điểm và thời gian nâng các van nạp thải

(Variable Valve Timing & Lift –

VVT/VVTi) để xác định tiết diện thông qua

tốt nhất cho các van nạp – thải Thông qua

VVT/VVTi, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh

thời gian nạp – thải tối ưu để quá trình cháy

diễn ra hiệu quả nhất, phát huy công suất tốt

nhất Theo đánh giá, VVT/VVTi có khả

năng tăng khoảng 5% hiệu suất sử dụng

nhiên liệu cho động cơ đốt trong

1.2.1.2 Hệ thống xi lanh chủ động

Thuật ngữ tiếng Anh "Cylinder

Deactivation", công nghệ có khả năng tắt

một nửa số xi-lanh trên động cơ khi không

cần thiết và kích hoạt trở lại khi tải trọng của

ô tô thay đổi Công nghệ này có thể giúp cho

động cơ và do đó ô tô nâng cao được 7,5%

hiệu suất sử dụng nhiên liệu Công nghệ này

được sử dụng khá hiệu quả trên các dòng ô

tô du lịch nhiều xilanh hiện nay

1.2.1.3 Turbin tăng áp và siêu nạp

Công nghệ tăng áp để nạp siêu với tên gọi "Turbocharger" hay "Supercharger" cho phép tăng cưỡng bức thêm lượng nạp không khí đáng kể để cho phép nâng cao công suất động cơ mà không cần tăng thêm dung tích xi-lanh động cơ Công nghệ tăng

áp cũng có thể nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu lên 7,5% và có thể cắt giảm được lượng khí thải CO2 đáng kể cho ô tô Turbocharge gồm ba phần chính, ở giữa hệ thống là các vòng bi xoay quanh một trục Mỗi đầu của trục được gắn với một tuốcbin nằm trong một hộp xoắn ốc (giống như vỏ

ốc sên) Một tuốcbin được gắn với ống xả

Hình 1 3: Kết cấu cụm van biến thiên

theo thời gian

Hình 1 4: Hệ thống xilanh chủ động trên

động cơ V6

Hình 1 5: Tuabin tăng áp sử dụng trên

động cơ

để làm quay trục khi dòng khí xả đi qua Ngược lại, khi trục quay, sẽ làm quay tuốcbin thứ hai (còn được gọi là máy nén) để nén không khí vào trong cổ góp nạp

Turbocharge có thể quay rất nhanh Khi ôtô chuyển động thẳng đều trên đường, tuốcbin của turbocharge có thể “chạy không tải” ở tốc độ 30.000 vòng/phút Nhấn ga và các tuốcbin này có thể tăng tốc lên từ 80.000- 100.000 vòng/phút do có nhiều khí xả nóng hơn được đẩy qua tuốcbin

Song song với công nghệ tăng áp là công nghệ phun nhiêu liệu trực tiếp vào xi-lanh

động cơ (DFI - Direct Fuel Injection) Công nghệ này cho phép tạo nên tỷ số thể tích

không khí/nhiên liệu tối ưu, giúp quá trình cháy xảy ra hoàn toàn hơn Hơn thế nữa công nghệ này còn cho phép nâng cao tỷ số nén động cơ xăng và do đó nâng cao hiệu suất nhiệt Kết quả là mang lại hiệu quả cao với khả năng có thể tiết kiệm được 15% nhiên liệu so với động cơ phun xăng điện tử EFI thông thường Tuy nhiên, động cơ GDI cũng phải giải quyết một số vấn đề nan giải: do nhiệt độ quá trình cháy tăng nhanh nên hàm lượng ôxit nitơ trong khí xả khá lớn, do đó phải sử dụng bộ xử lý khí xả (Catalysts) nhiều thành phần để tách NO2 thành khí nitơ và ôxi để giải quyết vấn đề giảm thiểu ô nhiễm môi trường

1.2.1.4 Sử dụng công nghệ cao nhằm giảm tối thiểu ma sát bên trong động cơ

Động cơ đốt trong chứa nhiều liên kết có lực ma sát lớn Bề mặt các phần tử chuyển động quay, hay tịnh tiến tiếp xúc với nhau hoặc qua lớp dầu mỏng Ma sát lớn làm tổn hao công suất động cơ vì chúng sản sinh nhiệt tiêu tán vào trong không khí, làm giảm hiệu suất của động cơ

Công nghệ mạ Nano-Slide đã được Mercedes nghiên cứu và đã ứng dụng trên động cơ AMG V8 dung tích 6,3 lít vào năm

2006 Bề mặt xi-lanh được phun một lớp hợp kim carbon ion siêu mỏng có độ dày từ 0,1 đến 0,15 mm Lớp mạ có độ nhẵn bóng, độ cứng cao, và có khả năng giữ dầu tốt Hãng

ô tô Đức đánh giá công nghệ Nano-Slide làm giảm 3% nhiên liệu tiêu thụ cho mẫu ML350 BlueTec trang bị động cơ V6 Các hãng ô tô khác cũng có những nghiên cứu tương tự nhằm tạo cho bề mặt xi-lanh nhẵn, chịu mài mòn

Hình 1 6: Công nghệ mạ Nano-slide

1.2.1.5 Sử dụng công nghệ đánh lửa bằng tia plasma

Hệ thống đánh lửa bằng tia plasma ACIS (Advanced Corona Ignition System) đang được nghiên cứu bởi tập đoàn sản xuất linh kiện ôtô khổng lồ Federal – Mogul (hình 1.7) Thay vì sử dụng bu-gi truyền thống với nguyên lý phóng điện đơn giản, ACIS biến các phân tử khí thành ion (plasma khí) để châm cháy hỗn hợp nhiên liệu Phát minh mới nhất hứa hẹn cắt giảm 10% nhiên liệu

Quá trình ion hóa của tia plasma kích thích hỗn hợp hòa khí trong buồng đốt khiến chúng bắt lửa và tốc độ cháy lan rộng nhanh chóng Nhiệt độ của plasma cực cao, cho dù hỗn hợp nghèo nhiên liệu cũng có thể cháy được dễ dàng tạo ra hiệu suất nhiên liệu cao, động cơ cháy sạch hơn

Việc sử dụng hệ thống tái tuần hoàn khí xả EGR (Exhaust gas recirculation) là một thủ thuật trong thiết kế động cơ nhằm giảm nồng độ NOx trong khí xả Tuy nhiên, biện pháp này lại khiến quá trình cháy trở nên khó khăn, nhờ ACIS mà vấn đề này được khắc phục, nhờ đó động cơ có thể làm việc với lượng lớn khí xả tuần hoàn hiệu quả quá trình cháy vẫn tốt

Một vấn đề nữa đối với động cơ có tỷ số nén lớn (để nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu) Tuy nhiên động cơ có tỷ số nén lớn dễ bị cháy kích nổ Áp suất hỗn hợp nhiên liệu - không khí cao có thể xuất hiện nhiều điểm tự phát cháy bên trong buồng đốt Các điểm cháy lan rộng tạo thành làn sóng áp suất và khi chúng gặp nhau sẽ tạo thành tiếng gõ Kích nổ thường làm động cơ nóng hơn, công suất tụt giảm đáng kể Cục diện sẽ hoàn toàn thay đổi với ACIS, khối hỗn hợp nhiên liệu bị kích thích mạnh và nhanh, làm tốc độ cháy lan nhanh, hỗn hợp được đốt cháy trước khi hiện tượng kích nổ xảy ra

1.2.2 Các giải pháp công nghệ mới để tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô

Trong tình hình dầu mỏ đang dần cạn kiệt, công nghệ ô tô không truyền thống

như ô tô điện, ô tô Hybrid đã ra đời (xem hình 1.8) nhằm hạn chế mức độ sử dụng nhiên

liệu hóa thạch truyền thống đối với loại người [8-10] Từ đó các giải pháp nghiên cứu

so sánh mức tiêu thụ năng lượng nói chung và nhiên liệu nói riêng của hai thế hệ ô tô kiểu mới và truyền thống này cũng đã được đánh giá so sánh [11] Các giải pháp cho các chế độ vận hành ô tô sao cho tiết kiệm nhiên liệu cũng đã được các nhà khoa học chuyên ngành nghiên cứu, để từ đó có những đề xuất về các giải pháp khoa học công nghệ nhằm hổ trợ cho sự vận hành tiết kiệm nhiên liệu [12]

Hình 1 7: HT đánh lửa Plasma-ACIS

Hình 1 9: Mô phỏng hoạt động của bộ xúc tác tiết kiệm nhiên liệu “FuelSaver”

Vấn đề tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô đối với ô tô tập lái cũng đã được quan tâm nghiên cứu nhằm không chỉ giải quyết vấn đề tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô tập lái mà còn góp phần giảm thiểu các tác hại liên quan khác như tuổi thọ động cơ và các hệ thống khác của ô tô, vấn đề an toàn cho ô tô tập lái Trên hình 1.10 thể hiện diễn biến tiêu hao nhiên liệu của xe tập lái khi thử nghiệm ô tô trên băng thử chạy theo chu trình châu Âu – kí hiệu ECE1504 [6]

Hình 1 8: Sơ đồ hoạt động của ô tô Hybrid

Hình 1.10: Tiêu hao nhiên liệu khi thử nghiệm lái ô tô theo chu trình ECE-1504

Đến những năm 70, hộp số tự động đã thực sự phát triển khi hàng loạt các hãng ôtô cho ra các loại ô tô mới với hộp số tự động đi kèm Từ đó đến nay hộp số tự động

đã phát triển không ngừng và dần thay thế cho hộp số thường Khi mới ra đời, hộp số tự động là loại có cấp được điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực Đến những năm 80, nhờ ứng dụng những kỹ thuật điều khiển điện tử hiện đại trên ôtô phát triển vượt bậc, các hộp số tự động điều khiển bằng điện tử (E-AT) ra đời

Các nhà sản xuất ôtô cũng đã nghiên cứu, chế tạo và đưa vào sử dụng các loại hộp số tự động vô cấp có tỉ số truyền thay đổi liên tục (CVT- Continuously Variable Transmission) vào những năm cuối của thế kỷ XX

Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng và để tăng tính cơ động trong quá trình sử dụng, các nhà chế tạo đã cho ra đời loại hộp số điều khiển điện tử có thêm chức năng chuyển số cơ khí như là ở hộp số thường song song với chế độ chuyển

số tự động

Ngày nay, hộp số tự động đang là một trong những xu hướng được nghiên cứu

và phát triển mạnh trong nền công nghệ ôtô Nó không những được sử dụng khá phổ biến trên các dòng ô tô du lịch, pick-up, việt dã, mà còn được trang bị khá nhiều trên các dòng ô tô tải, đầu kéo, ô tô cơ giới và các ô tô chuyên dùng khác

AT: Hộp số tự động (Automatic Transmission)

AT1: Loại hộp số này có bộ phần truyền lực cơ bản giống loại ECT

ECT: Hộp số điều khiển điện (Electronic Controlled Transmission)

1.3.2 Các nghiên cứu phát triển hộp số tự động cho ô tô

1.3.2.1 Các nghiên cứu phát triển công nghệ trên thế giới

a) Hộp số vô cấp CVT (Continuously Variable Transmission)

Không giống như các hộp số thông thường như MT hay AT dùng các bộ truyền bánh răng để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau thì hộp số vô cấp CVT sử dụng bộ truyền đai

Hình 1.11: Hộp số tự động CVT

Hình 1.12: Bộ truyền động bằng dây đai

Hình 1.13: Các chế độ hoạt động của bộ truyền động

Sự đơn giản của CVT đã biến chúng trở thành ý tưởng tuyệt vời cho hộp số dành cho nhiều loại máy và thiết bị khác nhau không chỉ riêng ô tô CVT đã được sử dụng nhiều năm qua trên các máy gia công kim loại Nó cũng có mặt trên nhiều loại phương tiện khác nhau bao gồm đầu kéo (tractor), ô tô trượt tuyết (snowmobile) Trong tất cả các ứng dụng này, các hộp số đều dùng loại dây đai cao su chất lượng tốt và đàn hồi thấp Tuy nhiên nó vẫn bị trượt và kéo dãn ra do đó giảm đi hiệu quả làm việc

Hình 1.14: Kết cấu dây đai phức hợp

Những loại vật liệu mới cũng được giới thiệu để chế tạo ra hộp số vô cấp CVT

có độ tin cậy và hiệu quả làm việc cao hơn nữa Một trong những cải tiến quan trọng nhất đó là thiết kế và phát triển một dây đai mới nối giữa hai puli Đây là loại dây phức hợp được làm từ những lá thép mỏng kết hợp cùng với những phiến thép có độ cứng cao, được tạo hình ôm chặt lấy các lá kim loại Dây đai bằng kim loại ít bị trượt và có

độ bền cao hơn, cho phép CVT có thể làm việc với mô-men động cơ cao hơn và êm hơn

so với dây đai cao su Ngày nay thì công nghệ sản xuất dây đai bằng thép này đã rất phát triển giúp cho bộ truyền cho phép truyền công suất lớn hơn mà ít bị trượt hơn vì thế hộp

số CVT cũng được dùng ngày càng nhiều hơn trên ô tô

Vì không dùng bộ truyền bánh răng để thay đổi tỷ số truyền nên câu hỏi đặt ra ở đây là làm sao để hộp số vô cấp CVT đảo chiều chuyển động tạo ra số lùi?

Vấn đề được các hãng ô tô giải quyết bằng cách lắp ở trước đầu vào của bộ truyền đai một bộ bánh răng hành tinh

Ưu nhược điểm của hộp số vô cấp CVT so với các hộp số thông thường MT hay AT:

Ưu điểm:

- Vì có dải tỷ số truyền biến thiên liên tục nên tạo ra cảm giác điều khiển

mượt mà và êm ái, không có hiện tượng giật khi sang số nữa Chiếc ô tô sẽ được gia tốc một cách nhẹ nhàng như đang nằm trong một dòng chảy – không còn những gián đoạn bởi việc thay đổi trong thiết bị

- CVT hoạt động hiệu quả hơn so với hộp số thường bởi vì nó giúp cho động cơ

có thể vận hành ở khoảng giữa của mô-men xoắn tối đa và công suất tối đa Bằng cách này động cơ sẽ luôn được hoạt động ở tốc độ vòng quay (RPM) tối ưu vì thế tiết kiệm nhiên liệu hơn và giảm được khí thải ra môi trường

- CVT có số lượng các chi tiết ít hơn và kết cấu đơn giản hơn, gọn nhẹ hơn Giá thành sản xuất hộp số CVT cũng rẻ hơn so với hộp số tự động AT 7-8 cấp

Nhược điểm:

- Tất nhiên là mọi thứ đều có ưu điểm và nhược điểm của nó, CVT cũng

phải là ngoại lệ Một trong những hạn chế lớn nhất của nó chính là hiện tượng trượt đai khi truyền công suất lớn vì thế lượng mô-men xoắn mà chúng có thể xử lý khá thấp Ở một số mô hình thì giới hạn của nó vào khoảng 300 đến 350 NM Tuy nhiên trong tương lai, với sự cải tiến về vành đai thì hộp số CVT có khả năng sẽ tăng lượng mô-men xoắn này

- Tỷ số truyền biến thiên vô cấp một cách chậm cho nên khả năng tăng tốc có phần kém hơn so với các hốp số thông thường khi có thể điều khiển linh hoạt thay đổi cấp số để tăng tốc

b) Hộp số tự động ly hợp kép:

Có thể coi hộp số tự động ly hợp kép giống như loại hộp số sàn tự động, nhưng

có tới hai bộ ly hợp Ý tưởng để có hai ly hợp là trong khi một ly hợp ngắt để sang số thì ly hợp còn lại vẫn kết nối động cơ và hộp số, giúp sang số mượt mà, vận hành không

bị gián đoạn, trễ vì mỗi lần ngắt kết nối ly hợp như trên hộp số chỉ có một ly hợp Cấu tạo một kiểu cơ bản của hộp số ly hợp kép như ảnh trên Theo đó, trục rỗng gắn với ly hợp xám nằm bên ngoài, điều khiển dãy bánh răng sang số 2-4-6, trong khi trục xanh gắn với ly hợp xanh nằm bên trong, điều khiển bánh răng sang số 1-3-5, tất cả đều chung một đầu ra

Hình 1.15: Kết cấu hộp số ly hợp kép Khi đang ở số 1, ly hợp xám sẽ ngắt để chuẩn bị sẵn số 2, khi ô tô đạt đủ các yếu tố về vòng tua, tốc độ, số ly hợp này sẽ bắt để ô tô lên số 2, mượt mà, không độ trễ Lúc đó ly hợp xanh đã ngắt, và ô tô sẵn sàng số 3, cứ như vậy quy luật này lặp đều đặn

Lợi ích lớn nhất của hộp số tự động ly hợp kép là sang số nhanh, mượt mà Bởi vậy, hãng ô tô thể thao sử dụng để tối ưu hóa thời gian tăng tốc trong khi hãng ô tô bình dân lại sử dụng vào mục đích giảm nhiên liệu tiêu thụ.Cấu tạo bên trong hộp số lại thuần chất như một hộp số sàn thông thường Nhưng sang số khi nào lại không phải do tài xế quyết định mà do ô tô tính toán và tự lựa chọn thời điểm thích hợp

Khi ô tô thấy vòng tua máy và tốc độ đủ để chuyển số, máy tính điều khiển tự động ngắt ly hợp sau đó sang số và cuối cùng là kết nối ly hợp trở lại Vì cấu tạo số sàn nên hộp số kiểu này không có số P (đỗ) như số tự động A là chế độ sang số tự động, M

là chế độ sang số bằng tay Một số cách gọi khác của loại hộp số này là hộp số rô bốt, hộp số không chân côn hay Tiptronic, SMG, ASG Lợi ích lớn nhất của loại hộp số này

là hoạt động tương tự hộp số tự động nhưng chi phí rẻ hơn

c) Hộp số tự động đa tỷ số truyền:

Để sử dụng nhiên liệu hiệu quả hơn và mạnh mẽ hơn, hãng chuyên sản xuất cơ cấu truyền động của Đức, ZF đã giới thiệu hộp số 8 tốc độ mới với một con số tiết kiệm nhiên liệu ấn tượng

ZF đã thiết kế một thế hệ mới hộp số tự động 8 cấp cho ô tô khách, kết hợp với những mục tiêu có vẻ như rất mâu thuẫn là tăng khả năng vận hành và tiết kiệm nhiên liệu Ra mắt lần đầu tiên tại Hội nghị chuyên đề về ô tô quốc tế Vienna lần thứ 28, hộp

số 8 tốc độ cho phép tiết kiệm nhiên liệu 6% so với hộp số 6 tốc độ tân tiến nhất của hãng Điều đó đạt được bởi ZF đã đưa ra một khái niệm truyền động mới bao gồm 4 bộ bánh răng hành tinh và 5 cơ cấu chuyển số Hộp số tự động truyền được nhiều công suất

hơn so với các model trước đó, nhưng vẫn chỉ có kích thước tương tự và không cần thêm các chi tiết thêm khác để lắp đặt Hộp số mới còn được thiết kế để có thể “hybrid hóa” cho cả kiểu micro hybrid với máy phát điện khởi động gắn với trục khuỷu hay kiểu hybrid song song hoàn toàn

Hộp số tự động đa tỷ số truyền mới của ZF cho phép tiết kiệm nhiên liệu 6% Đó

là một giá trị tuyệt vời so với thế hệ thứ hai của hộp số 6 cấp đã đi vào sản xuất đại trà trong năm 2006 với số lượng đáng kể Để so sánh rõ ràng hơn: Ta so sánh với các hốp

số 5 cấp vẫn được sử dụng rộng rãi ngày nay thì lượng nhiên liệu mà hộp số 8 cấp có thể tiết kiệm cho bạn lên đến 14% - một con số quá ấn tượng

mô còn có ảnh hưởng tích cực đến tiêu hao nhiên liệu và phát thải CO2 Hệ thống còn cho phép khóa nhanh ly hợp khóa biến mô như thế hệ thứ hai của hộp số 6 cấp Thêm nữa, ZF còn sử dụng một bơm cánh gạt được gắn song song với trục

Hình 1.17: Chuyển số: Dải truyền động lớn hơn và hiệu suất cao hơn cho phép hộp số

mới tiết kiệm nhiên liệu 6% so với thế hệ trước

Loại CVT mới có tỉ số truyền 7,3:1, cao hơn so với tỉ số truyền trung bình của hộp số tự động 7 cấp được trang bị cho những ô tô nhỏ gọn có dung tích xi lanh lớn Với

hệ thống Adaptive Shift Control (ASC), nó có khả năng tăng hiệu suất bằng cách tự

động lựa chọn tỉ số truyền phù hợp nhất cho các quá trình hoạt động của ô tô như: khởi động, tăng tốc, lên dốc và xuống dốc

CVT thế hệ mới cũng dùng đai dẫn động giống như của một CVT thông thường nhưng hoạt động kết hợp với hộp số phụ Nó cũng giảm được khối lượng 10% và 13%

so với những chiếc CVT cùng loại Nissan cũng sử dụng những phụ tùng có khối lượng nhẹ được để giảm bớt chi phí nhiên liệu “Cấu trúc đột phá của hộp số vô cấp thế hệ mới, kết hợp với hộp số phụ, không chỉ làm tăng tỉ số truyền, giảm khối lượng và tăng hiệu suất Việc bố trí gọn gàng cũng mở rộng phạm vi sử dụng của nó Chúng tôi tin rằng đây là một lựa chọn lý tưởng cho những nhà sản xuất ô tô cỡ nhỏ đang tìm kiếm công nghệ để tăng hiệu suất”

e) Hộp số DSG 10 cấp:

Một trong công nghệ mới nhất là hộp số bán tự động DSG của Volkswagen Hộp

số DSG 10 cấp là một trong những công nghệ đang được Volkswagen tập trung phát triển, thông tin này được chính ông chủ của tập đoàn này tiết lộ

Khi muốn nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu, hầu hết mọi người đều quan tâm tới cải tiến động cơ, sử dụng công nghệ lai hybrid hay nhiên liệu hỗn hợp, mà không nghĩ tới những điều khác

Trên thực tế có một bộ phận đóng vai trò quan trọng đối với khả năng tiêu thụ nhiên liệu Đó là hộp số tự động, vốn thường bị coi là tốn xăng và giảm tính năng của ô

tô

Hình 1.19: Hộp số CVT có hộp số phụ sử dụng dây đai xích

Hình 1.20: Hộp số DSG 10 cấp

1.3.2.2 Xu hướng phát triển sử dụng ô tô hộp số tự động ở Việt Nam

Dựa trên số liệu thống kê mới nhất từ VAMA (Hiệp hội các nhà sản xuất ôtô Việt Nam), tổng lượng bán ôtô mới trong tháng 3/2017 là 26.872 ô tô, tăng 52% so với tháng

2 trước đó và tăng 8% so với cùng kỳ năm ngoái Gộp chung lại trong Quý 1/2017, thị trường đã tiêu thụ 41.600 ô tô, tăng 8% so cùng kỳ năm trước

Hình 1 21: Biểu đồ sản lượng tiêu thụ theo các tháng của toàn thị trường từ

tháng 11/2016 đến tháng 3/2017

Hình 1.22: Biểu đồ sản lượng tiêu thụ theo các tháng của toàn thị trường từ

Số phận của hộp số sàn càng được định hình rõ hơn khi danh sách các mẫu ô tô loại bỏ phiên bản số sàn tiếp tục kéo dài thêm như mẫu Mazda3, Kia Sportage, BMW serie 4 convertible… Hay như một loạt những mẫu ô tô nhập khẩu chính hãng về Việt Nam thường cũng không có tùy chọn phiên bản số sàn

Có 3 nguyên nhân chính dẫn đến xu hướng “mai một” dần của hộp số sàn

Thứ nhất là do tình trạng giao thông ngày càng đông đúc với sự xuất hiện của vô vàn các phương tiện đổ ra đường Trong khi đó, việc nâng cấp cơ sở hạ tầng cũng như

mở rộng thêm các tuyến đường không thể theo kịp với tốc độ xuất hiện của các dòng ô

tô Chính điều này đã khiến những mẫu ô tô cũ, lạc hậu, không hợp thời đương nhiên sẽ dần biến mất để nhường chỗ cho những mẫu ô tô mới, hiện đại hơn

Thứ hai là do hộp số tự động đã trở nên đáng tin cậy và hiệu quả hơn rất nhiều

so với trước đây Trong quá khứ, hộp số tự động vận hành không được êm ái khi tự động chuyển số, khiến người dùng có cảm giác hơi bị giật khi ép ga tăng tốc Tuy nhiên, ngày nay, với hệ thống vi tính điều khiển việc tăng giảm số tự động đã loại bỏ được những khuyết điểm trước đây

Thứ ba là ngày càng nhiều những người mới lái ô tô lựa chọn ô tô hộp số tự động

để tập lái do việc chuyển số dễ dàng, êm ái hơn và ô tô cũng không bị rơi vào tình trạng

chết máy đột ngột như số sàn Cụ thể, nếu ở ô tô sử dụng hộp số sàn, người lái sẽ phải chủ động thay đổi số theo cảm nhận tốc độ và kết hợp chân côn cùng với chuyển số bằng tay Trong khi đó, ô tô số tự động có thao tác giản tiện hơn Đặc biệt trong thành phố, khi liên tục phải thay đổi tốc độ, thì lái ô tô số tự động sẽ đỡ vất vả hơn rất nhiều cho những người mới làm quen với ô tô

Ngoài ra, với những người bận rộn, hay phải đi đường xa, hoặc thường xuyên phải “chen chúc” trên những con đường chật hẹp thì việc điều khiển một chiếc ô tô số

tự động sẽ nhàn hạ hơn rất nhiều Không chỉ vậy, với phụ nữ thì ô tô tự động luôn là lựa chọn được ưu tiên hàng đầu, vì họ không muốn bị quá nhiều vướng bận hay vất vả khi lái ô tô

1.4 Kết luận chương 1

1) Nhu cầu tiêu thụ xăng dầu trong nước ngày càng tăng và dự báo trong 25 năm tới còn tiếp tục tăng cao Nếu các tiêu chuẩn về chất lượng xăng dầu không được thắt

chặt thì chúng ta sẽ phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm không khí đô thị rất nghiêm trọng

Đối với ngành công nghệ ô tô hiện nay đã được các nhà khoa học chuyên ngành thường xuyên nghiên cứu để tìm ra các giải pháp khoa học công nghệ nhằm hổ trợ cho

sự vận hành tiết kiệm nhiên liệu

2) Ngày nay, hộp số tự động đang là một trong những xu hướng được nghiên cứu

và phát triển mạnh trong nền công nghệ ôtô Nó không những được sử dụng khá phổ biến trên các dòng ô tô du lịch, pick-up, việt dã, mà còn được trang bị khá nhiều trên các dòng ô tô tải, đầu kéo, ô tô cơ giới và các ô tô chuyên dùng khác

3) Ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung trong vòng 2 năm trở lại đây, người ta đang dần thấy được sự thất thế của ô tô sử dụng hộp số sàn Thay vào đó là ô

tô sử dụng hộp số tự động

Trên đây là những cơ sở lý thuyết tổng quan, làm nền tảng và định hướng cho việc nghiên cứu thực nghiệm đạt kết quả tốt; được trình bày trong 3 CHƯƠNG tiếp theo

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nghiên cứu lý thuyết là cơ sở làm nền tảng cho việc tổ chức nghiên cứu thực nghiệm được hợp lý và khoa học, không gây lãng phí về thời gian, hạn chế tiêu tốn năng lượng và giảm chi phí vật tư cũng như trang thiết bị thí nghiệm

Nội dung nghiên cứu lý thuyết về tiêu hao nhiên liệu ô tô nói chung và ô tô sử dụng hộp số tự động nói riêng bao gồm xác định phương trình tiêu hao nhiên liệu, các yếu tố kết cấu và vận hành ảnh hưởng đến tiêu hao năng lượng; đặc biệt chỉ ra ảnh hưởng của hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực đến tiêu hao nhiên liệu ô tô; kể cả ảnh hưởng của yếu tố vận hành riêng đối với loại ô tô này

Trên cơ sở đó, lý thuyết cũng phải chỉ ra phương pháp đo hợp lý, vừa đơn giản ít tốn kém mà vẫn bảo đảm độ tin cậy và chính xác của dữ liệu nhận được từ thực nghiệm

2.1 Phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô

Theo lý thuyết ô-tô [1-3], mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô phụ thuộc vào đặc tính tiêu thụ nhiên liệu của động cơ trong quá trình nó sinh sản công suất để thắng tất cả các công suất cản trong quá trình ô tô chuyển động

2.1.1 Phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô

Theo lý thuyết ô tô [1-3], ta có định nghĩa lượng tiêu hao nhiên liệu của ô tô Qnl như sau:

liệu bằng 1 kg/lít); tức là 10-4[kg/m] (0,0001[kg/m]) Vì vậy, để thuận lợi trong việc đo

đếm, hiện nay chúng ta đã nhất trí chuyển đổi sang đơn vị tính cho lượng tiêu hao nhiên liệu ô tô Qnl là [lít/100km]

Bằng cách chuyển đổi đơn vị, đồng thời áp dụng các công thức biến đổi theo nguyên lý động cơ; cùng với phương trình chuyển động của ô tô theo lý thuyết ô tô, chúng ta thành lập được phương trình xác định lượng tiêu hao nhiên liệu ô tô, tính theo đơn vị lít trên 100km quảng đường chạy – kí hiệu Qnl[lít/100km], được thể hiện theo công thức (2.1) như sau:

t nl

j e

nl

F F F g Q

là lực cản không khí của ôtô; Fj là lực quán tính chuyển động tịnh tiến của ô tô (tất cả

các lực đều tính bằng [N]); nl là tỷ trọng nhiên liệu, tính bằng [kg/lít]; t là hiệu suất của hệ thống truyền lực, không có thứ nguyên [-]

Trong công thức (2.2) ở trên, số 36 là giá trị chuyển đổi thứ nguyên : bao gồm

quảng đường từ đơn vị [m] sang [km] (vì Q nl tính theo [lít/100km]) ; và thứ nguyên của

thời gian; từ đơn vị [s] sang [h] (vì g e tính theo [kg/kW.h])

Như vậy, nhiên liệu của ô tô chủ yếu tiêu hao cho các lực cản trong quá trình

chuyển động (ô tôm hình 2.1), có thể bao gồm :

2.1.1.1 Lực cản không khí F:

Lực cản không khí của của ô tô phụ thuộc chủ yếu vào kết cấu về hình dáng của

ô tô, đặc điểm môi trường không khí, và có thể được xác định như sau :

Ở đây: B là chiều rộng lớn nhất của ô tô [m];

H là chiều cao lớn nhất của ô tô [m];

d là hệ số điền đầy (d  0,80) [1]

Còn hệ số cản không khí k[Ns2/m4] hay [kg/m3], phụ thuộc vào hình dáng và chất lượng bề mặt của ô tô cũng như mật độ của không khí [kg/m3]; nên k có thể biểu diễn theo mật độ không khí  và một hệ số tỷ lệ không thứ nguyên Cd (phụ thuộc vào

kiểu dáng và chất lượng bề mặt của thân ô tô) như sau [5, 9]:

2

ρC

Hình 2 1: Sơ đổ tổng quát lực và mô men tác dụng lên ô tô

2.1.1.2 Lực cản lăn của lốp với mặt đường F f :

Lực cản lăn của lốp ô tô với mặt đường có thể được xác định theo công thức tổng quát như sau [1-3]:

V C V B

fo là hệ số cản lăn tối thiểu không phụ thuộc tốc độ của lốp với mặt đường

Bo : Đại lượng biểu thị cường độ tăng lực cản lăn phụ thuộc tuyến tính vào

tốc độ ôtô, tức là hệ số tỷ lệ bậc nhất với tốc độ ôtô [N/(m/s)]; giá trị này

có thể nhận được từ nhà máy sản xuất ôtô hoặc sổ tay ôtô thích hợp Nó phụ thuộc vào kích thước lốp, áp suất trong lốp, tốc độ ôtô.v.v

Đặc biệt, với lốp ôtô chuyển động trên đường nhựa bê tông cực tốt, các đại lượng

Ao, Bo có thể được xác định gần đúng theo biểu thức [1-3]:

2800

) V 32

mg

Co : Đại lượng biểu thị cường độ tăng lực cản lăn phụ thuộc phi tuyến bậc n

vào tốc độ ôtô, tức là hệ số tỷ lệ phi tuyến với tốc độ [N/(m/s)n

]; giá trị này có thể nhận được từ nhà máy sản xuất ôtô hoặc sổ tay ôtô thích hợp

Nó phụ thuộc vào kích thước lốp, áp suất trong lốp, chất lượng mặt đường

và đặc biệt là tốc độ ôtô Khi tốc độ ôtô lớn hơn 22,2 m/s (80Km/h) thì hệ

số cản lăn tăng lên rõ rệt, do ở khu vực tiếp xúc giữa bánh ô tô và mặt đường, các thớ lốp không kịp đàn hồi trở lại như cũ mà chỉ một phần nhỏ năng lượng tiêu hao cho biến dạng được trả lại Hơn nữa, khi tốc độ ô tô tăng lên thì tốc độ biến dạng của lốp cũng tăng, do vậy nội ma sát trong lốp tăng Bằng thực nghiệm người ta nhận thấy thành phần lực cản lăn này

có thể được xác định với tỷ lệ bậc hai theo tốc độ v như sau:

2 o

Nghĩa là, theo (2.4) thì ta có :

Ao  m.g.fo [N] ; Bo  0; Co  m.g.fo/1500 [N/(m/s)2]

Còn số mũ của tốc độ n (ở công thức (2.4)), biểu thị cho dạng đường cong lực

cản Giá trị của n thường bằng 2; tuy nhiên n cũng có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 2 phụ thuộc chất lượng của lốp và chất lượng mặt đường cũng như tốc độ chuyển động tương đối giữa lốp với mặt đường

2.1.1.3 Lực cản lên dốc F i :

Khi ôtô chuyển động lên dốc, ngoài các lực cản chuyển động cơ bản như đã trình bày, ôtô còn chịu tác dụng của một lực cản lên dốc phụ thuộc vào góc lên dốc  như sau:

2.1.1.4 Lực quán tính chuyển động tính tiến F j :

Khi ôtô chuyển động có gia tốc, ngoài các lực cản nêu trên, ôtô còn chịu các lực

và mômen quán tính do sự gia tốc cho các khối lượng chuyển động tính tiến cũng như các khối lượng chuyển động quay trong động cơ và trong toàn bộ hệ thống truyền lực của ôtô

Khác với các trường hợp lực cản cơ bản chuyển động trên đường nêu trên, đối với lực quán tính, tuỳ theo quá trình gia tốc tăng tốc hay giảm tốc, lực và mômen quán tính có thể âm hoặc dương

Một cách tổng quát, tùy theo sự gia tốc trong qua trình chuyển động, ôtô có thể xuất hiện thêm lực và mômen quán tính tác dụng lên ô tô như sau:

)dt

dωJηidt

dωJη

iidt

dω(JηiiMM

a j

m

1 k

bx bx k k k k t

o e e t o h e

(2.6)

Trong đó:

Me : Momen xoắn của động cơ [N.m]

ih, io : Tương ứng là tỷ số truyền hộp số, tỷ số truyền của truyền lực chính

t : Hiệu suất truyền chung của hệ thống truyền lực

Je : Mômen quán tính khối lượng của bánh đà động cơ và các chi tiết quay

khác trong động cơ qui dẫn về trục khuỷu [kg.m2]

Jk : Mômen quán tính khối lượng của chi tiết quay thứ k nào đó trong hệ

thống truyền lực đối với trục quay của chính nó [kg.m2]

Jbx : Mômen quán tính khối lượng của bánh ô tô chủ động [kg.m2]

ik : Tỷ số truyền tính từ chi tiết thứ k đến bánh ô tô chủ động

k : Hiệu suất truyền tính từ chi tiết thứ k đến bánh ô tô chủ động

e : Tốc độ góc trục khuỷu động cơ [rad/s]

k : Tốc độ góc của chi tiết quay thứ k trong hệ thống truyền lực [rad/s]

bx : Tốc độ góc của bánh ô tô chủ động [rad/s]

v : Tốc độ chuyển động tính tiến của ôtô [m/s]

ma : Khối lượng của ôtô [kg]

Khi ô tô chuyển động ổn định (chuyển động đều, F j = 0), thì phương trình lượng

tiêu hao nhiên liệu ô tô từ (2.2) được viết lại là:

t nl

e nl

F F g Q







 36

)

2.1.2 Các yếu tố ảnh hướng đến tiêu hao nhiên liệu ô tô

Để thấy rõ ảnh hưởng của các yếu tố đến tiêu hao nhiên liệu ô tô, chúng ta có thể triển khai phương trình (2.2) theo các thông số kết cấu và vận hành như sau:

t nl

i t

o e

nl

dt

dV mg kFV

f G

G g Q

))]

sin(

))(cos(

Ở đây, Go là trọng lượng bản thân ô tô [N]; Gt là trọng lượng mà ô tô đang vận chuyển (hàng hóa hoặc người và hành lý); m là khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô

tô [kg]; i là hệ số xét đến các khối lượng tham gia chuyển động quay của động cơ và

của toàn bộ hệ thống truyền lực (kể cả bánh ô tô) quy dẫn về bánh ô tô chủ động Các

thông số khác đã giải thích ở trên

2.1.2.1 Ảnh hưởng của suất tiêu hao nhiên liệu động cơ:

Từ phương trình (2.8) dễ dàng thấy, mức tiêu hao nhiên liệu ô tô tính theo lít trên 100km quãng đường chạy sẽ giảm khi suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ giảm Nghĩa

là nếu động cơ có kết cấu hợp lý và quá trình cháy hoàn thiện thì giảm được mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô

Ngược lại, nếu tình trạng kỹ thuật của động cơ không duy trì tốt, làm giảm công suất động cơ, dẫn đến suất tiêu hao nhiên liệu hữu ích động cơ tăng Kết quả sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu ô tô Qnl

2.1.2.2 Ảnh hưởng của trọng lượng ô tô (G o + G t )

Trọng lượng của ô tô càng nhỏ, lượng tiêu hao nhiên liệu ô tô Qnl sẽ giảm; theo

đó ô tô có kết cấu và vật liệu hợp lý để trọng lượng bản thân Go nhỏ sẽ cho lượng tiêu hao nhiên liệu Qnl nhỏ và ngược lai

Trong vận hành khai thác, tải trọng càng giảm, lượng tiêu hao nhiên liệu ô tô Qnl tính theo (2.8) nói chung sẽ giảm Tuy nhiên nếu nghiên cứu sâu hơn về tải trọng khi các điều kiện khác không đổi, thì tải trọng càng tăng, hiệu quả về tính kinh tế nhiên liệu

càng tốt (tính theo một đơn vị hàng hóa vận chuyển)

2.1.2.3 Ảnh hưởng của chất lượng mặt đường và lốp ô tô

Ô tô chuyển động trên đường nhựa tốt, hệ số cản lăn sẽ nhỏ, lực cản lăn thấp sẽ giảm được tiêu hao nhiên liệu Ngoài ra, chất lượng lốp ô tô tốt theo nghĩa cản lăn, cũng

sẽ làm cho lực cản lăn giảm; kết quả tiêu hao nhiên liệu ô tô giảm Ngược lại, nếu để áp suất lốp giảm hơn so với định mức, hệ số cản lăn sẽ tăng, dần đến làm tăng tiêu hao nhiên liệu

Đặc biệt, nếu ô tô vận chuyển trên đường đèo dốc, ô tô hình thành thêm lực cản lên dốc sẽ ảnh hưởng rõ rệt đến tiêu hao nhiên liệu vì lực cản của ô tô tăng lên mạnh mẻ theo quy luật hình sin; trong khi thành phần luwacj cản giảm bởi ảnh hưởng của hàm cos là không đáng kể

2.1.2.4 Ảnh hưởng của hình dáng thân vỏ ô tô

Ô tô có hình dáng nhỏ thon, diện tích cản chính diện sẽ nhỏ, và do đó tiêu hao nhiên liệu bởi lực cản không khí nhỏ theo Đặc biệt, ô tô phải có hình dáng khí động học tốt, chất lượng mặt sơn tốt sẽ cho hệ số cản không khí nhỏ Kết quả tiêu hao nhiên liệu thấp

Ngược lại, ô tô có mặt ngoài không trơn nhẵn, tiết diện có sự thay đổi đột ngột bởi góc cạnh, sẽ dẫn đến hệ số cản tăng; kết quả làm tăng tiêu hao nhiên liệu cho ô tô

2.1.2.5 Ảnh hưởng của chất lượng hệ thống truyền lực

Ảnh hưởng của hệ thống truyền lực được thể hiện qua hiệu suất hệ thống truyền lực t Nếu hệ thống truyền lực ít tổn thất cho ma sát thì hiệu suất cao, tiêu hao nhiên liệu giảm

Ngược lại, nếu ly hợp để xẫy ra trượt nhiều, hộp số và truyền lực chính tổn thất cho ma sát lớn; kết quả hiệu suất truyền lực t giảm, tiêu hao hiên liệu sẽ tăng

2.1.2.6 Ảnh hưởng của tỷ trọng nhiên liệu

Tỷ trọng nhiên liệu cũng ảnh hưởng rõ nét đến tiêu hao nhiên liệu ô-tô, với nhiên liệu nhẹ - tỷ trọng nhỏ, ô tô sẽ tiêu hao nhiên liệu lớn hơn so với loại nhiên liệu có tỷ trọng lớn hơn Trong trường hợp này, dễ dàng nhận thấy ô tô sử dụng nhiên liệu dầu diesel có tỷ trọng lớn hơn xăng, nên tiêu hao nhiên liệu của ô tô sẽ nhỏ hơn ô tô dung

nhiên liệu xăng (khi có cùng các đại lượng khác như nhau)

2.1.2.7 Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động

+ Khi chuyển động có gia tốc: Từ công thức (2.8) dễ dàng nhận thấy, khi chuyển động có gia tốc theo chiều tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu tăng rõ rệt so với trường hợp

chuyển động đều (không có gia tốc theo chế độ tăng tốc F j = 0)

Kể cả việc vận hành ô tô theo chế độ chuyển động lăn trơn (khi gia tốc dương là

lực cản; còn khi gia tốc âm là lực chủ động, tự hổ trợ thêm cho lực kéo ô tô), thì lực hổ

trợ của lực quán trính lăn trơn không bù lại được lực cản quán tính trong quá trình tăng tốc Sở dĩ như vậy, là vì khi gia tốc có thêm phần tiêu hao nhiên liệu cho các trang thiết

bị phụ trên ô tô mà khi lăn trơn, năng lượng này không được trả lại Hơn nữa khi lăn

trơn, năng lượng tích trữ khi gia tốc cho bánh đà động cơ thường không được trả lại trong quá trình lăn trơn

+ Khi chuyển động đều: Nhìn vào công thức (2.8), dễ dàng nhận thấy tốc độ ô tô càng cao, tiêu hao nhiên liệu càng lớn; và ngược lại, khi vận hành ô tô với tốc độ càng thấp thì tiêu hao nhiên liệu càng giảm

Tuy nhiên, nếu nhìn nhận như vậy là chưa chính xác; bởi vì tốc độ sử dụng ô tô ảnh hưởng lớn đến mức độ sử dụng công suất động cơ và vì vậy ảnh hướng lớn đến suất tiêu hao nhiên liệu động cơ ge[kg/kW.h]

Theo [10], suất tiêu hao nhiên liệu động cơ chỉ đạt min (gemin) ở một mức tải và

ở số vòng quay nhất định của động cơ Khi mức tải cũng như số vòng quay động cơ

vượt ra khỏi vùng làm việc tối ưu đó (vùng làm việc đạt g emin) thì suất tiêu hao nhiên liệu đều tăng; và thậm chí tăng mạnh khi vận hành động cơ rời xa khỏi vùng làm việc tối ưu của gemin (xem hình 2.2)

2.1.3 Ảnh hướng của truyền động thủy lực đến tiêu hao nhiên liệu ô tô

Ngày nay truyền động thủy lực dần được áp dụng nhiều trong hệ thống truyền của ô tô nhờ đặc tính truyền động êm dịu của nó

Thành công và phổ biến nhất là bộ biến đổi mô-men cùng với hộp số cơ khí kiểu hành tinh để hành thành hộp số thủy cơ thông dụng trên ô tô ô tô ngày nay, và được thường gọi là hộp số tự động AT

Đối với ô tô trang bị hộp số vô cấp nói chung và hộp số thủy cơ nói riêng, về nguyên lý mà nói, nó có thể bảo đảm cho động cơ làm việc ở chế độ kinh tế nhiên liệu

Hình 2.2: Bản đồ biểu diễn suất tiêu hao nhiên liệu động cơ phụ thuộc vào tốc độ

[rpm] và tải pe[bar] của động cơ

tốt nhất trong bất kỳ điều kiện đường sá nào Tuy nhiên, khi có truyền động thủy lực thì hiệu suất truyền động sẽ giảm, nhất là khi biến mô làm việc ở vùng tỷ số truyền thấp (ibm nhỏ) Vì vậy, thực tế khi đặt biến mô thủy lực lên ô tô thì mức tiêu hao nhiên liệu

sẽ tăng do sự trượt giữa bánh bơm và bánh tuốc-bin Để hạn chế sự trượt này, ngay sau

bộ biến mô thủy lực phải bố trí thêm hộp số cơ khí kiểu cơ cấu hành tinh Số cấp tạo ra của cơ cấu hành tinh này càng nhiều thì chênh lệch tốc độ giữa bánh bơm và tuôc-bin càng ít, sự trượt ít và do đó nâng cao được hiệu suất truyền động cho hộp số tự động

2.1.3.1 Nguyên lý làm việc của bộ biến đổi mô-men

Bộ biến đổi mô-men bằng thủy lực (gọi tắt là bộ biến mô thủy lực) có tác dụng

vừa truyền vừa khuyếch đại mô-men từ động cơ truyền đến cầu chủ động

Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ biến mô thủy lực đơn giản dùng phổ biến trên ô tô có thể được mô tả như trên hình 2.3; bao gồm bánh bơm (1) nối với bánh đà (3) của động cơ, bánh tuốc-bin (2) nối với trục thứ cấp (9) truyền xuống phần

hệ thống truyền lực còn lại để đến các bánh ô tô chủ động Theo đó, bánh bơm ly tâm (1) quay với tốc độ B sẽ bơm chất lỏng đi qua các cánh của bánh bơm, động năng dòng chất lỏng đi ra từ các cánh bơm sẽ biến thành áp năng tác dụng lên các cánh tuốc-bin, tạo nên mô-men quay và làm quay bánh tuốc-bin với tốc độ T

Hình 2.3: Cấu tạo biến mô thủy lực 1- Bánh bơm, 2- Bánh tuốc bin, 3- Bánh đà động cơ, 4- Giá đỡ ngoài của ly hợp khóa (gắn trên bánh đà), 5- Các đĩa ma sát, 6- Piston, 7- Giá đỡ trong của ly hợp khóa (gắn trên may-ơ tuốc bin), 8- May-ơ bánh tuốc bin, 9- Trục tuốc bin, 10- Bánh phản ứng, 11- May ơ bánh phản lực, 12- Căn lăn của khớp một chiều,13- Vòng trong của khớp một chiều, 14- Trục cố định khớp một chiều

Mô-men hình thành làm quay bánh tuốc-bin sẽ được biến đổi nhờ vào bánh phản ứng (10) lắp cố định lên trục (14) thông qua khớp một chiều (12) Khi phụ tải bên ngoài

tác dụng lên trục tuốc-bin theo xu hướng tăng lên (hay giảm xuống), sẽ làm cho tốc độ

trục tuốc-bin T giảm xuống (hoặc tăng lên trong khi tốc độ của bánh bơm B vẫn có thể duy trì không đổi theo tốc độ động cơ), áp lực của dòng chất lỏng tác dụng lên các

cánh tuốc-bin tăng lên (hay giảm xuống) và do đó làm tăng hay giảm mô-men quay đối

với trục tuốc-bin

Như vậy giữa bánh bin và bánh bơm có sự biến đổi mô-men khi trục bin có sự thay đổi tốc độ so với bánh bơm Sự thay đổi này được thể hiện và được đánh giá xác định thông qua các đại lượng đặc trưng của bộ biến mô thủy lực như sau:

tuốc-a) Tỷ số truyền động học (tỷ số biến mô)

Tỷ số giữa tốc độ góc quay T của bánh tuốc-bin (2) và tốc độ góc quay B của

bánh bơm (1) được gọi là tỷ số truyền động học của biến mô thủy lực – gọi tắt là tỷ số

B

T bm

i





Tỷ số biến mô có thể thay đổi trong phạm vi rộng phụ thuộc vào sự biến đổi tốc

độ của cả bánh bơm B (B0) lẫn bánh tuốc-bin T

Từ biểu thức (2.9), dễ dàng nhận thấy khi tốc độ trục tuốc-bin T = 0 ứng với lúc ô-tô đứng yên thì ibm = 0, bánh bánh bơm và tuốc-bin bị trượt trơn hoàn toàn; còn khi tốc độ T = B thì ibm = 1, nghĩa là không có sự sai lệch tốc độ giữa bánh tuốc-bin và bánh bơm, tức không có sự trượt giữa bánh tuốc bin và bánh bơm Trong thực tế điều này khó xẫy ra vì luôn luôn có sự trượt giữa bánh bơm và bánh tuốc bin, ít nhất từ 2% đến 3%

Để tránh sự trượt giữa bánh bơm so với bánh tuốc bin làm nóng dầu không cần thiết khi tốc độ của chúng sai lệch khoảng 2 3%, thì giữa bánh tuốc bin và bánh bơm thường có thêm ly hợp khóa biến mô (5) kiểu ma sát cơ khí làm việc trong dầu Piston

ép (6) của ly hợp khóa được lắp then hoa với giá của bánh đà (ô tôm hình 4.1) và luôn

ở trạng thái mở Khi cần thiết phải khóa (đóng) thì áp suất dầu cao áp sẽ ép chặt piston (6) vào các đĩa (5) ly hợp khóa để nối bánh đà (3) của động cơ với tuốc bin (2), thực hiện khóa cứng bánh tuốc bin với bánh đà động cơ; cũng là khóa cứng tuốc bin (2) với bánh bơm (1)

b) Hệ số biến đổi mô men:

Nhờ có thêm bánh phản ứng cố định mà mômen xoắn ở trục tuốc-bin MT thay đổi khi tốc độ tuốc-bin thay đổi mặc dầu động năng dòng chất lỏng qua bánh bơm không đổi do tốc độ và mô-men của bánh bơm không thay đổi Như vậy, chính bánh phản ứng

là nhân tố làm tăng mô-men xoắn tác dụng lên trục tuốc-bin khi tốc độ trục tuôc-bin thay đổi so với tốc độ của bánh bơm