Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực

Để hiểu rõ hơn về hiệu quả sử dụng của hệ thống truyền lực thủy cơ, đề tài “Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực” đã được thực hi

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn này ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện từ các tập thể và cá nhân Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả!

Trước hết xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan, người đã luôn tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn để tôi có thể hoàn thành luận văn này Xin gửi lời tri ân sâu sắc đến những gì mà Thầy đã dành cho tôi

Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Bộ môn Kỹ thuật Ô tô và Xe chuyên dụng, quý Thầy Cô trong Viện Cơ Khí Động Lực, quý Thầy Cô trong Viện Sau Đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình truyền đạt kiến thức

và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân yêu trong gia đình, những người luôn sát cánh, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Cuối cùng , xin được bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Trường Đại học Thành Đô, nơi tôi đang công tác đã luôn giúp đỡ và tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện hoàn thành luận văn này

XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN!

Tác giả

Phạm Trọng Phước

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

- Những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ trong một học vị nào

- Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Phạm Trọng Phước

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8

LỜI MỞ ĐẦU 10

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ 14

1.1 NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ 14

1.1.1 Động cơ nhiệt 14

1.1.2 Ô tô Hybrid 15

1.1.3 Ô tô điện 18

1.2 HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ 18

1.2.1 Hệ thống truyền lực cơ khí 19

1.2.2 Hệ thống truyền lực thủy lực 20

1.2.3 Truyền động thủy cơ 25

Chương 2: PHỐI HỢP HOẠT ĐỘNG GIỮA ĐỘNG CƠ VÀ BIẾN MÔ THỦY LỰC 26

2.1 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 26

2.1.1 Đặc tính ngoài của động cơ 26

2.1.2 Đặc tính công suất của động cơ đốt trong 27

2.1.3 Đặc tính tốc độ động cơ 28

2.1.4 Biểu đồ suất tiêu hao nhiên liệu 29

2.2 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BIẾN MÔ THỦY LỰC 32

2.3 PHỐI HỢP ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ – HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 35

2.3.1 Ảnh hưởng của tỷ số truyền tới đặc tính làm việc của động cơ 35

2.3.2 Ảnh hưởng của quy luật chuyển số đến đặc tính làm việc 38

2.3.3 Đồng bộ hoạt động giữa động cơ và hệ thống truyền lực 40

2.3.4 Biểu đồ lực kéo 41

2.3.5 Phối hợp hoạt động giữa hộp số cơ khí với biến mô thủy lực 43

Chương 3:TÍNH TOÁN, KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC PHỐI HỢP

GIỮA ĐỘNG CƠ VÀ BIẾN MÔ THỦY LỰC 46

3.1 XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ 46

3.1.1 Lựa chọn và tính toán thông số đầu vào 46

3.1.2 Xác định hàm và vẽ đồ thị đặc tính ngoài của động cơ 47

3.2 XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BIẾN MÔ THỦY LỰC 52

3.2.1 Tính toán và xác định hệ số mô men bánh bơm (λb) 52

3.2.2 Tính toán và xác định hiệu suất biến mô( ηbm) 53

3.2.3 Kết quả tính toán và vẽ đồ thị 54

3.3 XÁC ĐỊNH CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC PHỐI HỢP ĐC – BMTL 55

3.3.1 Tính toán và xác định mô men bánh bơm (MP) 56

3.3.2 Xác định tọa độ các điểm cắt trên đồ thị MP và Me 57

3.3.3 Xác định số vòng quay(nT), mô men (MT) và công suất (NT) của bánh tuabin 59 3.4 TÍNH TOÁN LỰC K O CỦA Ô TÔ 62

3.4.1 Tính toán và lựa chọn tỷ số truyền cho HTTL 62

3.4.2 Xác định lực kéo của ô tô (Pk) và mô men kéo (Mk) 63

3.4.3 Xác định vận tốc của ô tô ứng với số vòng quay (nT) 65

3.4.4 Xác định các thành phần lực cản 65

3.4.5 Tổng hợp kết quả tính toán và vẽ đồ thị 67

3.5 ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ 70

3.5.1 Xây dựng đường đặc tính mô men cản của động cơ (MB) 70

3.5.2 Xây dựng đường đặc tính mô men khi Ne = const 71

3.5.3 Kết quả tính toán và vẽ đồ thị 72

3.5.4 Khi ghép nối với biến mô thủy lực 73

3.5.5 Đánh giá tiêu hao nhiên liệu ở xe có trang bị hộp số nhiều cấp 76

3.5.6 Tính toán và lựa chọn các điểm làm việc tối ưu 81

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 87

4.1 KẾT LUẬN 87

4.2 ĐỀ NGHỊ 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

PHỤ LỤC 90

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu dùng chung

ibm Tỷ số truyền tốc độ của biến mô

Kbm Tỷ số truyền mô men của biến mô

λP Hệ số mô men sơ cấp của biến mô thuỷ lực

λT Hệ số mô men thứ cấp của biến mô thuỷ lực

itl Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

i0 Tỷ số truyền của truyền lực chính vi sai

HHV Ô tô hybrid thủy lực

ECU Bộ điều khiển điện tử

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

2 Bảng 3.2 : Kết quả tính toán công suất và chi phí nhiên liệu 51

3 Bảng 3.3: Giá trị hệ số mômen và tỷ số truyền của bộ biến mô 53

5 Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả tính toán các trị số động lực của bộ

9 Bảng 3.9: Kết quả tính toán vận tốc tối đa và vận tốc thành phần

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

3 Hình 1-3: Các bộ phận của truyền động hybrid điện trên ô tô 16

16 Hình 2-3: Biểu đồ đặc tính động cơ xe khách, vị trí bàn đạp ga 29

20 Hình 2-7: Biểu đồ vận tốc/tốc độ động cơ, tỷ số truyền hộp số 36

21 Hình 2-8: Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu 37

22 Hình 2-9: Ảnh hưởng của việc chuyển số đến điểm làm việc động cơ 38

23 Hình 2-10: Ảnh hưởng của tỷ số truyền và quy luật chuyển số đến

25 Hình 2-12: Biểu đồ lực kéo cho các tốc độ khác nhau của xe khách

27 Hình 2-14: Biểu đồ phối hợp hoạt động giữa hộp số cơ khí với biến

28 Hình 2-15: Đặc tính kéo của ô tô với hộp số tự động 5 cấp và biến

29 Hình 2-16: Sự kết hợp giữa động cơ - biến mô ở chế độ

35 Hình 3 - 6: Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên

41 Hình 3 - 12: Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên

42 Hình 3 - 13: Đặc tính động cơ đốt trong ứng với dải tỷ số truyền của

hộp số 7 cấp khi kbm biến thiên từ kbmmax đến kbmmin

79

43 Hình 3 - 14: Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên

LỜI MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi và không thể thiếu trong nhiều hoạt động kinh tế và vận tải.Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện này luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học nghiên cứu giải quyết Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ

ô tô đã có nhiều bước nhảy vọt đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao hơn đồng thời đảm bảo an toàn hơn khi điều khiển

Những chiếc ô tô đặc biệt là các động cơ truyền thống ngày nay gần như đã đạt tới mức tối ưu về mặt công nghệ Cùng với những yêu cầu về sử dụng nhiên liệu, các nhà sản xuất đang hướng dần sang các dòng xe thân thiện môi trường Trong đó công nghệ chế tạo hộp số đang là mục tiêu chạy đua của nhiều nhà sản xuất ô tô lớn trên thế giới Việc tạo ra các hộp số nhiều tay số với dải số truyền rộng, điều khiển thông minh sẽ đem lại hiệu quả sử dụng rất lớn trong việc nâng cao tính năng động lực và tiết kiệm nhiên liệu Trong đó hệ thống truyền lực thủy cơ là một điển hình cho mục tiêu phát triển này

Để hiểu rõ hơn về hiệu quả sử dụng của hệ thống truyền lực thủy cơ, đề tài

“Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực” đã được thực hiện

Đề tài được thực hiện ở Bộ môn Kỹ thuật Ô tô và Xe chuyên dụng - Viện

Cơ khí Động lực,Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn tận tình của các Thầy, Cô chuyên ngành Song vì thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót cần được bổ sung và hoàn thiện hơn

2 Tính cấp thiết của đề tài

Sau gần 20 năm theo đuổi và phát triển, công nghiệp Ô tô Việt Nam vẫn được coi là một ngành công nghiệp non trẻ đang phát triển với tỷ lệ nội địa hóa rất thấp và nền công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn chủ yếu là công nghiệp lắp ráp Sự thật

đó đã buộc các nhà quản lý, các nhà nghiên cứu phải suy nghĩ và tìm hướng đi cho

sự phát triển của công nghiệp ô tô Việt Nam, một ngành được coi là công nghiệp mũi nhọn của Việt Nam nói riêng cũng như của các quốc gia khác trên toàn thế giới Công nghiệp ô tô thu hút được rất nhiều ngành công nghiệp phụ trợ, thu hút một lực

lượng lớn lao động tham gia nếu chúng ta tham gia được vào “chuỗi giá trị toàn

cầu” Tuy nhiên với nhiều lý do chủ quan và khách quan khác nhau nên hiện nay

các ngành công nghiệp phụ trợ của Việt Nam còn rất yếu kém và hầu hết chưa thể

tham gia vào “chuỗi giá trị toàn cầu” Điều đó vừa kìm hãm sự phát triển của

ngành công nghiệp ô tô vừa đẩy giá thành của ô tô trong nước lên rất cao do chúng

ta phải nhập siêu linh phụ kiện cho việc lắp ráp ô tô

Trong bối cảnh suy thoái kinh tế toàn cầu cùng với cơ chế chính sách như hiện nay thì thật khó để nói về tương lai của công nghiệp ô tô Việt Nam Tuy nhiên chúng ta vẫn hy vọng về một sự thay đổi trong cơ chế để vực dậy ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang đi xuống một cách không phanh Chúng ta đã có gần 20 năm quy hoạch và đầu tư, chúng ta đã đang có những nền tảng cơ bản, một số nhà sản xuất Việt Nam đã đang dần thể hiện mình trên thị trường, một số ngành công nghiệp phụ trợ cũng đã sản xuất và xuất khẩu được linh phụ kiện…và quan trọng hơn nếu chúng ta không vực dậy được thì đồng nghĩa với việc sẽ không bao giờ có

một chiếc xe “Made in Việt Nam” Đối với các nhà khoa học, họ không ngừng

nghiên cứu để tìm ra những công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu quả, chất lượng và giảm giá thành sản xuất Họ luôn đồng hành cùng các nhà quản lý, các nhà sản xuất

để cùng tìm ra hướng đi cho sự phát triển của nền công nghiệp ô tô Việt Nam

Không nằm ngoài mục đích trên, đề tài “Nghiên cứu mô hình hệ thống động

lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực” cũng nhằm tìm ra các

đặc tính làm việc tối ưu nhất từ đó có thể giúp các nhà sản xuất, các nhà sử dụng nghiên cứu cải tiến để hoàn thiện về mặt kết cấu, tính năng sử dụng và tính năng

kinh tế của ô tô

3 Mục đích của đề tài

Để đáp ứng sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trong việc nghiên cứu và chế tạo ô tô đặc biệt là các xe sử dụng hệ thống truyền lực thủy lực đồng thời

có được các chỉ tiêu đánh giá, so sánh đặc tính làm việc giữa các loại xe khác nhau

thì cần tiến hành “Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự

động kết hợp với biến mô thủy lực” nghĩa là:

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống động lực của ô tô

- Tìm kiếm những tài liệu, thu thập thông tin và các dữ liệu liên quan để tính toán, xác định các hàm và vẽ đồ thị đặc tính ngoài của động cơ

- Dựa vào các thông số khảo nghiệm và những thông tin tìm kiếm được để tính toán các hàm và xây dựng đồ thị đặc tính không thứ nguyên của biến mô thủy lực

- Tính toán và xét sự làm việc đồng bộ giữa động cơ và biến mô thủy lực, xác định các hàm động lực của bánh bơm và vẽ đồ thị đặc tính tải trọng hệ thống động cơ – biến mô thủy lực của xe

- Tính toán, xác định các hàm động lực của bánh tuabin và vẽ đồ thị đặc tính

ra hệ thống động cơ – biến mô thủy lực của xe

- Tính toán, xác định các hàm để xây dựng chương trình vẽ đồ thị đặc tính kéo của xe

- Đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Vấn đề nghiên cứu hệ thống động lực nói chung, hệ thống truyền lực thủy lực nói riêng đã được đặt ra và đã có nhiều công trình nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn rất lớn Đối với luận văn này là nghiên cứu vấn đề đồng bộ phối hợp làm việc giữa động cơ và biến mô thủy lực, phương pháp tính toán, xây dựng đường đặc tính động lực học của ô tô có sử dụng hộp số tự động kết hợp biến mô thủy lực trên một loại xe cụ thể từ đó tìm ra được những điểm làm việc tối ưu nhất cho khả năng kéo và tiết kiệm nhiên liệu của xe

Do yêu cầu từ công việc, các nhà nghiên cứu cũng như người sử dụng đòi hỏi hệ thống truyền lực không ngừng được hoàn thiện về mặt kết cấu, tính năng sử dụng, tính năng kinh tế…nhất là trong điều kiện thuận lợi về mặt kinh tế và khoa

học công nghệ Vì vậy đề tài “Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng

hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực” nhằm làm cơ sở cho nhà sản xuất,

người sử dụng, cán bộ kỹ thuật tham khảo, xác định các thông số trong truyền động một cách thuận lợi Nó có thể làm cơ sở cho việc tính toán, thiết kế, kiểm tra, so sánh…hệ thống truyền lực, đảm bảo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật góp phần khai thác, tổ chức sử dụng phát huy khả năng tải, tiết kiệm nhiên liệu…của ô tô có trang bị hộp

số tự động và biến mô thủy lực đạt hiệu quả cao nhất Đề tài cũng làm cơ sở để tìm hiểu, nghiên cứu hệ thống truyền lực các ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực phức tạp hơn sau này

5 Đối tượng nghiên cứu

Xuất phát từ điều kiện thực tế, căn cứ vào những vấn đề đã nêu ở trên đề tài

đã tham khảo số liệu hệ thống động lực của các xe du lịch sử dụng hệ thống truyền lực thủy cơ Đề tài đã tính toán và lựa chọn các thông số phù hợp cho việc nghiên cứu với một xe du lịch sử dụng hệ thống truyền lực thủy cơ

Dựa vào kết quả nghiên cứu để liên hệ và so sánh về một vài yếu tố biến đổi của xe so với xe có truyền lực cơ khí và truyền lực cùng loại

Từ những ưu điểm nổi trội của HTTL thuỷ lực đặc biệt là HTTL thuỷ cơ của ôtô có bộ biến mô mà đề tài đã tính toán và lựa chọn các thông số tương đương với các số liệu của một xe du lịch 2.0 lit

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ

1.1 NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ

Nguồn động lực sử dụng trên ô tô hiện nay không chỉ đơn thuần là động cơ nhiệt mà nó đã được đa dạng hóa để phù hợp với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và yêu cầu của xã hội Theo [5,Tr 69], nguồn động lực phải đảm bảo:

- Hiệu suất làm việc;

- Kinh tế;

- Thân thiện môi trường

Hình 1 – 1 dưới đây chỉ ra các nguồn động lực chủ yếu đã được sử dụng

Hình 1 - 1: Các nguồn động lực chủ yếu trên ô tô

1.1.1 Động cơ nhiệt

Động cơ nhiệt sử dụng phổ biến trên ô tô là động cơ đốt trong vì đây là loại động cơ nhiệt có hiệu suất cao nhất Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, động cơ đốt trong cũng đã không ngừng phát triển và hoàn thiện về mặt kết cấu

cũng như các tính năng làm việc Ngoài việc đảm bảo về mặt công suất, yêu cầu đặt

ra cho các động cơ ngày nay là phải tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường Hiện nay ô tô sử dụng loại động cơ này vẫn còn chiếm đa số, tuy nhiên vì vấn đề môi trường và nguồn nhiên liệu nên loại ô tô này sẽ dần được thay thế trong tương lai bởi các loại ô tô sinh thái như: Ô tô sử dụng nhiên liệu sinh học,

ô tô hybrid, ô tô điện

Với các ưu điểm nổi bật trên, ôtô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu

và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới Ngày càng

có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng

sử dụng loại ô tô này

Ô tô hybrid điện (EHV)

Ô tô hybrid điện là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động

cơ đốt trong chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, diesel…) với động cơ điện

lấy năng lượng điện từ một ắc quy cao áp

Hình 1 - 2: Phối hợp làm việc của tổ hợp Hybrid điện

Điểm đặc biệt là ắc quy được nạp điện với cơ chế nạp “thông minh” như khi

xe phanh, xuống dốc… gọi là quá trình tái tạo năng lượng Nhờ vậy mà ôtô 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 Hiện nay ô tô hybrid thế hệ mới còn có khả năng nạp điện cho ắc quy từ hệ thống điện sinh hoạt thông thường

Dựa vào cách bố trí và phối hợp làm việc giữa động cơ đốt trong và động cơ điện mà truyền động hybrid có 3 kiểu chính sau:

- Kiểu nối tiếp

- Kiểu song song

- Kiểu hỗn hợp

Các bộ phận chính của một tổ hợp truyền động hybrid điện được cho như hình 1 - 3

Hình 1 - 3: Các bộ phận của truyền động hybrid điện trên ô tô

Ô tô hybrid thủy lực (HHV)

Tương tự như một chiếc xe hybrid điện (EHV) bao gồm một động cơ đốt trong và động cơ điện, chiếc xe hybrid thủy lực (HHV) bao gồm một động cơ đốt trong và một hệ thống điện thủy lực

Công nghệ hybrid thủy lực bao gồm hai nguồn động lực để đẩy chiếc xe bao gồm: Động cơ đốt trong tiết kiệm nhiên liệu và các thành phần thủy lực Công nghệ

này giúp hệ thống có thể lưu trữ được năng lượng từ hệ thống thủy lực ngay cả khi

xe không hoạt động nhờ hệ thống điều khiển điện - thủy lực thông minh

Hình 1 - 4: Sơ đồ khối của tổ hợp Hybrid thủy lực

Hình 1 - 5: Sơ đồ bố trí tổ hợp Hybrid thủy lực

a)Bố trí song song b) Bố trí hàng loạt

Trước đây tổ hợp hybrid thủy lực chủ yếu được trang bị trên các xe chuyên dùng, tuy nhiên công nghệ này đang được các nhà sản xuất nghiên cứu ứng dụng trên ô tô vận tải Với tổ hợp hybrid thủy lực này có thể tiết kiệm được 60 - 70% nhiên liệu và giảm được lượng CO2 khoảng 40%

1.1.3 Ô tô điện

Trong vài năm trở lại đây nhiều nhà sản xuất ô tô đã bắt đầu chọn hướng nghiên cứu và đầu tư sản xuất loại ô tô điện thân thiện với môi trường

Loại ô tô này sử dụng một nguồn điện cao áp cung cấp cho các động cơ điện

DC hoặc 3 pha để dẫn động bánh xe Nguồn điện được tích trữ trong ắc quy và có thể được nạp trực tiếp từ hệ thống điện dân dụng

Hình 1 - 6: Các bộ phận của truyền động điện trên ô tô

Ưu điểm của động cơ điện là làm việc êm dịu, gia tốc nhanh Hiện nay ô tô điện chiếm khoảng 10 - 15% tổng số ô tô chở người

1.2 HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ

Hệ thống truyền lực nói chung là để thực hiện việc truyền mô men và công suất từ trục khuỷu động cơ đến bánh xe chủ động của ô tô

Hệ thống truyền lực phải đảm nhiệm các chức năng sau:

- Cắt nối truyền động êm dịu, do ly hợp đảm nhiệm

- Thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu về tốc độ và đổi hướng chuyển động, do hộp số đảm nhận

- Truyền và phân phối mô men đến các bán trục của bánh xe chủ động ngay

cả khi xe đổi hướng chuyển động, do truyền lực chính và vi sai đảm nhiệm

máy phát

Bộ chuyển đổi momen/tốc độ

Bộ điều

khiển điện

BX

Hình 1 - 7: Hệ thống truyền lực của ôtô

a)Một cầu chủ động; b) Hai cầu chủ động ; c) Ba cầu chủ động 1- Ly h ợp; 2- hộp số; 3;6- Truyền động các đăng; 4- Cầu chủ động sau; 5- Hộp phân phối (hộp số phụ); 7- Cầu chủ động trước; 8- Khớp chuyển hướng; 9- Trục truyền;

10- Cầu chủ động sau; 11- Khung gầm xe

Dựa vào kết cấu và nguyên tắc hoạt động, hệ thống truyền lực được chia ra các loại: Truyền lực cơ khí; truyền lực thuỷ lực( thuỷ động và thuỷ tĩnh); truyền lực điện; truyền lực phân cấp và truyền lực không phân cấp

1.2.1 Hệ thống truyền lực cơ khí

Truyền lực cơ khí gồm có hai loại: truyền lực phân cấp và truyền lực không phân cấp:

- Hệ thống truyền lực phân cấp: Sử dụng những bộ truyền bánh răng ăn khớp

để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau thông qua sự thay đổi các cặp bánh răng ăn khớp

- Hệ thống truyền lực không phân cấp: Sử dụng các bộ truyền động ma sát như: bộ truyền động đai, xích, bộ biến tốc ma sát…

Những bộ phận chính trong truyền lực cơ khí bao gồm: ly hợp, hộp số, truyền lực trung gian (các đăng), truyền lực chính, hộp vi sai, các bán trục

Hình 1 - 8: Sơ đồ hệ thống truyền lực sử dụng hộp số cơ khí

Truyền lực thuỷ tĩnh là dạng truyền động sử dụng áp suất của dòng chất lỏng

để truyền mô men xoắn từ chi tiết làm việc này sang chi tiết làm việc khác

Trong hệ thống truyền lực thuỷ tĩnh, để truyền lực từ động cơ tới các bánh xe chủ động, người ta sử dụng dạng truyền động sử dụng chất lỏng chịu áp lực nhất định

Hình 1 - 9: Mô hình hệ thống truyền lực thuỷ tĩnh

Quá trình của HTTL thuỷ tĩnh có thể được mô tả như sau: Khi động cơ hoạt động, cơ năng từ động cơ được bơm biến thành thuỷ năng, sau đó một mô tơ lại biến thuỷ năng thành cơ năng trở lại cho các bánh xe truyền động Vì vậy truyền động thuỷ tĩnh đảm nhiệm cả chức năng của ly hợp lẫn hộp số Loại truyền lực thuỷ tĩnh là loại truyền lực thay đồi các số truyền vô cấp Khi làm việc chất lỏng được chứa đầy trong hệ thống và làm việc theo chu trình khép kín (bơm- ống dẫn- động

cơ thuỷ lực) Để nâng cao hiệu suất sử dụng đảm bảo vai trò vừa là bơm vừa là động cơ thuỷ lực, người ta sử dụng loại mô tơ có hai chế độ làm việc ( chế độ bơm thuỷ lực và chế độ động cơ thuỷ lực) Loại máy piston, hiện đang được sử dụng rất rộng rãi trên ôtô

Tuy nhiên, khi sử dụng HTTL thuỷ lực còn có nhược điểm: do hệ thống làm việc với áp suất cao ( 8†35MN/m2), ứng suất lớn nên đòi hỏi vật liệu chế tạo có độ bền cao, công nghệ chế tạo đòi hỏi chính xác Việc làm kín khó khăn, hiệu suất làm việc thay đổi phụ thuộc vào chất lượng và nhiệt độ dầu, vì vậy hiệu suất chỉ đạt η = 0.75 † 0.85 Nhưng do hệ thống có nhiều ưu điểm nên hệ thống này vẫn được dùng

nhiều trên ôtô

1.2.2.2 Truyền lực thuỷ động

Truyền lực thuỷ động là dạng truyền động sử dụng động năng của chất lỏng

để truyền mô men xoắn từ chi tiết làm việc này sang chi tiết làm việc khác

Điển hình của truyền lực thủy động là ly hợp thủy lực hoặc biến mô thuỷ lực Khi làm việc nó cho phép bị trượt lâu dài giữa bánh chủ động (bánh bơm) và bánh

bị động (bánh tuabin); cho phép trục khuỷu động cơ quay ở số vòng quay cao một cách ổn định khi ô tô chuyển động với vận tốc thấp Nhờ đó mà nó tăng tốc một cách nhanh chóng ở ngay giá trị mô men lớn

Trên ô tô hiện nay, cùng với việc sử dụng hộp số cơ khí người ta đã trang bị hầu hết là hệ thống truyền lực thuỷ cơ Hệ thống truyền lực thuỷ cơ thường dùng là

ba loại chủ yếu sau đây:

- Ly hợp thuỷ lực kết hợp với hộp số cơ khí

- Biến mô thuỷ lực

- Biến mô thuỷ lực kết hợp với hộp số tự động

Hình 1 - 10: Ly hợp thuỷ lực

1- Tuabin; 2- Hướng dòng chảy; 3- Dòng chảy trung bình; 4- Bánh bơm;5- Vòng trong; 6-

Vòng ngoài; 7- Trục sơ cấp hộp số; 8- Vòng làm kín; 9- Trục khuỷu

Khi làm việc, động cơ quay làm cho bánh đà cùng bánh bơm quay theo, lúc này dầu chứa trong không gian các cánh bơm chịu lực ly tâm chuyển động từ phía tâm trục rời xa trục quay tới cửa thoát văng ra khỏi bánh bơm đi vào bánh tuabin, dầu có động năng lớn tác dụng vào các cánh của bánh tua bin làm cho tua bin quay theo hướng cùng chiều quay của bánh bơm

Thông thường giữa hai bánh công tác của bơm và tuabin khi hoạt động có sự trượt nhẹ, nên hai tốc độ nP và nt khác nhau và thường nt < nP, vậy hiệu suất truyền nhỏ hơn 1 Khi xe hoạt động độ trượt nhỏ nhất là 2%

So với ly hợp ma sát, ly hợp thuỷ lực có ưu điểm là: các chi tiết ít bị mòn hỏng truyền lực êm, không ồn, không giật khi thay đổi tốc độ xe

Nhược điểm của ly hợp thuỷ là hiệu suất truyền không cao, tiêu tốn nhiên liệu; nếu không có cơ cấu đặc biệt thì không thể dùng biện pháp đóng ly hợp gài số, đẩy xe hoặc nhả phanh, cho xe lăn xuống dốc để khởi động động cơ như trường hợp

ly hợp ma sát Do những nhược điểm kể trên, ngày nay trên ô tô, máy kéo người ta dùng nhiều nhất là loại biến mô thuỷ lực Thực tế cho thấy, ở Mỹ thì xe du lịch lắp

ly hợp thuỷ lực khoảng 9%, khi đó xe buýt trong thành phố lắp bộ biến mô thuỷ lực chiếm 100%

Biến mô thủy lực

Cũng như ly hợp thuỷ lực, trong hệ thống truyền lực của ô tô người ta thay biến mô thuỷ lực vào vị trí của ly hợp ma sát và hộp số có cấp nhằm thực hiện truyền lực vô cấp

Hình 1 - 11: Biến mô thuỷ lực

1- Trục khuỷu; 2- Trục sơ cấp hộp số; 3- Khớp một chiều; 4- Bánh bơm;

5- Dòng chảy trung bình; 6- Bánh tua bin; 7- Trục ra; 8- Bánh phản ứng (Stato)

Biến mô thủy lực có cấu tạo gần giống với ly hợp thủy lực, bao gồm: Bánh bơm ly tâm (4) được dẫn động quay từ trục khuỷu động cơ (1); Bánh tuabin (6) nối với trục sơ cấp hộp số (2); Bánh phản ứng (7) nối với moay ơ cố định thông qua khớp nối một chiều (3), như hình 1 - 11

Tất cả ba bánh công tác của biến mô thuỷ lực tạo thành buồng kín, gọi là vòng tuần hoàn; trên vòng tuần hoàn này có sự chuyển động liên tục của dòng chất lỏng từ bánh bơm qua bánh tua bin, từ bánh tuabin qua bánh phản ứng và từ bánh phản ứng ngược trở lại bánh bơm khi bánh bơm đã quay

Dòng chất lỏng chảy từ bánh bơm đập vào các cánh của bánh tuabin, do đó bánh tuabin quay quanh trục của nó và làm trục (2) quay

Hình 1 - 12: Cấu tạo của biến mô thủy lực

B: Bánh bơm T: Bánh Tuabin D: Bánh Stato 1- Giá bắt bánh đà; 2- Đĩa ép ly hợp khóa; 3- Đĩa ly hợp khóa; 4- Khớp một chiều; 5- Trục bị động BMTL; 6- Dòng chảy chất lỏng; 7- Bơm dầu; 8- Bộ BMTL; 9- Đường dầu

về; 10- Két làm mát dầu; 11- Thùng chứa dầu; 12- Van điều áp

Do có mômen xoắn của bánh phản ứng mà có sự biến đổi mô men xoắn từ trục bánh bơm tới trục bánh tuabin

Mô men xoắn hình thành là do các cánh của bộ phận phản ứng cố định làm thay đổi hướng của dòng chất lỏng chảy từ bánh tuabin quay trở lại bánh bơm Nếu bánh xe phản ứng quay tự do trong dòng chất lỏng thì việc biến đổi mô men sẽ

không xảy ra và biến mô thuỷ lực trở thành ly hợp thuỷ lực khi đó còn gây cản trở cho việc truyền động, dẫn đến hiệu suất của bộ truyền giảm Hệ thống truyền động thuỷ lực có nhiều ưu điểm, nhưng hiệu suất thấp so với các xe có truyền động cơ khí Để khắc phục nhược điểm đó, trong bộ biến mô người ta lắp thêm ly hợp ma sát để nâng cao hiệu suất của nó mà vẫn đảm bảo sự làm việc êm dịu khi thay đổi tải hay thay đổi điều kiện làm việc của xe, hình 1 - 12 Sự bố trí đó được tính toán hợp lý, để khi xe hoạt động đạt đến một tỷ số truyền thích hợp (0,9<ibm<1), thì lúc

đó ly hợp ma sát làm việc nối cứng giữa bánh bơm (bánh chủ động) và bánh tuabin (bánh bị động) thành một khối tạo thành sự truyền động thẳng Bởi thế không còn xảy ra hiện tượng trượt trong truyền động thuỷ lực

1.2.3 Truyền động thủy cơ

Hệ thống truyền lực dùng biến mô thủy lực đã làm thay đổi mô men được cải thiện hơn so với ly hợp thuỷ lực Nhưng hệ số biến mô còn rất bé, để cải thiện hơn người ta ghép thêm hộp số tự động sau biến mô thủy lực hay ly hợp thuỷ lực Như vậy nó đảm bảo việc mở rộng mô men truyền, đáp ứng được khả năng làm việc của các loại ô tô khác nhau

Hiện nay hệ thống truyền lực loại này hầu hết đã được trang bị trên các xe hiện đại Hệ thống truyền lực trên ôtô được dùng nhiều nhất là truyền lực thuỷ cơ kết hợp, đó là hệ thống truyền lực sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực, hình 1 - 13

Hình 1 - 13: Bộ biến mô kết hợp với hộp số tự động

Chương 2 PHỐI HỢP HOẠT ĐỘNG GIỮA ĐỘNG CƠ VÀ BIẾN MÔ THỦY LỰC

2.1 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1.1 Đặc tính ngoài của động cơ

Có hai đường đặc tính điển hình để mô tả đặc tính của động cơ đốt trong Một là đường đặc tính mô men xoắn ở trạng thái động cơ chịu tải tối đa (vị trí bàn đạp ga là 100% ) và tương ứng với nó là đường đặc tính công suất (đặc tính động cơ) Hình 2-1 là đồ thị của một động cơ đốt trong và các điểm đặc trưng của đường cong đặc tính động cơ ở trạng thái chịu tải tối đa Mô-men hãm tối đa (vị trí bàn đạp

ga là 0%) tăng gần như tuyến tính với tốc độ động cơ tới xấp xỉ tối đa là 30% men xoắn danh nghĩa Tn, theo [5,Tr72]

mô-Hình 2 - 1: Đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong

Mô men hãm (Đường đặc tính giảm)

Rất nhiều biện pháp khác nhau được sử dụng để so sánh các động cơ khác nhau Biến số chính là sự tăng lên của mômen xoắn (Tỷ số thay đổi mô-men):

(2-2)

2.1.2 Đặc tính công suất của động cơ đốt trong

Độ lớn tính biến thiên của động cơ được coi như tương đương với độ lớn tính biến thiên mô men xoắn và tốc độ động cơ tạo ra Điều này được chứng tỏ ở việc công suất động cơ tốt hơn tại tốc độ thấp và trung bình, nó cũng có nghĩa ít khi

phải đổi tốc độ động cơ, theo [5,Tr73]

Hình 2 - 2: Các dạng đặc tính động cơ

Hình 2 - 2 đưa ra ví dụ về các đường đặc tính của động cơ trên các xe chở khách khác nhau và xe thương mại Sự khác nhau về đặc tính động cơ có thể đạt được bằng cách thay đổi kết cấu trong quá trình thiết kế động cơ

Độ tăng tốc động cơ được hiểu như một dải biến thiên của tốc độ và mô men động cơ Phương tiện có công suất động cơ lớn thì có độ tăng mô men lớn Động cơ diesel có độ tăng tốc động cơ thấp hơn so với động cơ xăng, nhưng độ tăng tốc mô men thì lại lớn hơn Vì vậy các tỷ số truyền hộp số phải được lựa chọn để phù hợp với điều này Độ tăng tốc độ động cơ và tỉ số truyền lực chung (được xác định trên

cơ sở kết hợp các tỉ lệ của bánh răng hộp số) là những yếu tố chính xác định các đặc điểm chức năng của phương tiện

40% 50% 60% 70% 80% 90%

100%

Accelerator pedan position

Accelerator pedan position

5%

10% 20% 30%

40%

50% 60% 70% 80% 90% 100%

Accelerator pedan position

Hình 2 - 3: Biểu đồ đặc tính động cơ xe khách, vị trí bàn đạp ga

a) Động cơ xăng 2.0 công suất danh nghĩa là 111 kW, 6 xi-lanh 24 xupap;

b) Động cơ diesel 2.5 có bộ làm mát sau, công suất danh nghĩa 105 kW, 6 xi lanh

Trong đồ thị được giới thiệu, người lái xe sử dụng chân ga để đạt được công suất mà họ mong muốn động cơ đạt được Khi chân ga ở trạng thái nhấn hết cỡ (100%) điều này tương ứng với đường đặc tính động cơ ở trạng thái đầy tải, và khi chân ga không nhấn (0%), đường cong đặc trưng bị đẩy xuống Hình 2 - 3 thể hiện các đường đặt tính cho cùng một vị trí bàn đạp ga của hai loại động cơ Các đường đặc tính mô men gần như có khoảng cách bằng nhau là điển hình của động cơ

diesel Thuật ngữ "góc mở bướm ga" thường được sử dụng thay bằng "vị trí tương

đối bàn đạp ga" Góc mở bướm ga ở 90° (động cơ xăng) sẽ tương ứng với đường

đặc tính động cơ đầy tải Động cơ diesel không có bướm ga, vì vậy thuật ngữ "vị trí

tương đối bàn đạp ga" hay "kiểm soát hành trình ga" được sử dụng

2.1.4 Biểu đồ suất tiêu hao nhiên liệu

Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ đốt trong có thể được biểu diễn bằng một hàm số thể hiện sự tương quan giữa mô men và tốc độ động cơ Một đường đặc tính tiêu thụ nhiên liệu được thể hiện trong hình 2 – 4, theo [5,Tr75]

Lượng tiêu thụ tuyệt đối babs được biểu thị bằng g/h Nó tăng theo công suất động cơ Nếu lượng tiêu thụ riêng be được biểu thị bằng g/kWh, thuật ngữ "biểu đồ

hình củ hành" được sử dụng (Hình 2-6) Có một đường tiêu thụ tối thiểu ge,min ngay

bên dưới đường cong đầy tải, ở dải tốc độ động cơ thấp Vị trí chính xác phụ thuộc vào động cơ cụ thể Trong trường hợp của động cơ xăng trên ô tô con có lượng tiêu thụ tối thiểu là khoảng 250 (g/kW.h) và với động cơ diesel xe thương mại, nó vào khoảng 190(g/kW.h)

Hình 2 - 4: Biều đồ tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xăng

Trong đồ thị động cơ áp suất hiệu quả trung bình Pme trong xy lanh thường được biểu diễn thay vì mô-men xoắn của động cơ Ta có mối quan hệ sau:

i V

T P

H

M me

2

ky So

Nm T kWh

g

min 1

30 1000

 (2-3)

Trong đó:

babs : Lượng tiêu hao tuyệt đối

Để đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào tải tác động lên động cơ người ta sử dụng biểu đồ lượng tiêu hao nhiên liệu tương ứng với tải động cơ như hình 2 – 5, (Theo [5,Tr76])

Hình 2 - 5: Biểu đồ lượng tiêu hao nhiên liệu riêng g e (sơ đồ hình củ hành)

Giống như đặc tính động cơ, biểu đồ lượng tiêu hao nhiên liệu là cơ sở quan trọng cho sự phù hợp giữa động cơ, hộp số với phương tiện Sự truyền động tận dụng những khu vực tiêu hao nhiên liệu thấp trên biểu đồ đặc tính động cơ Hình 2 -

5 biểu diễn những đường đồng mức thể hiện mức tiêu hao nhiên liệu riêng be không đổi (hình củ hành) cũng như các đường đặc tính mô men/tốc độ động cơ ở công suất động cơ không đổi (đường hyperbol công suất yêu cầu) T(P=cont) Trong trường hợp này, cùng một công suất động cơ có thể tạo ra nhiều giá trị mô men/tốc độ động

cơ khác nhau – điểm 1 và 2 trên biểu đồ và vì vậy có những mức tiêu thụ nhiên liệu

khác nhau Điểm tiêu hao nhiên liệu tối thiểu được tìm thấy trên đường hyperbol công suất Đường cong nối các điểm này gọi là đường tiêu hao nhiên liệu tối thiểu

2.2 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BIẾN MÔ THỦY LỰC

Theo [5,Tr147], khi biến mô làm việc ở chế độ ổn định thì tổng số mô men xoắn tác dụng lên bánh công tác của nó bằng không, tức là:

M

M

Trong đó:

MT – mô men xoắn ở trục tua bin;

MP – mô men xoắn ở trục bánh bơm

Hệ số biến mô Kbm phụ thuộc vào điều kiện làm việc của ôtô Khi lực cản chuyển động bên ngoài tăng, vận tốc sẽ giảm, số vòng quay của bánh tua bin cũng giảm theo thì hệ số biến mô sẽ tăng lên Hệ số Kbm đạt cực đại (Kbm max) khi bánh tua bin dừng hoàn toàn, tức là không quay Trị số Kbm max phụ thuộc vào chủng loại

và kết cấu của biến mô thuỷ lực

Tỷ số truyền động của biến mô thuỷ lực được xác định:

P T P

T bm

n

n i

nP, ωP - Số vòng quay của trục chủ động ( bánh bơm)

Hiệu suất của biến mô thuỷ lực được xác định như sau:

bm bm P P

T T P P

T T P

T

n M

n M M

M N

N

.

.

NT - Công suất phát ra tại bánh tua bin của biến mô thuỷ lực;

NP - Công suất phát ra tại bánh bơm

Khi biến mô thuỷ lực làm việc ở chế độ ly hợp thuỷ lực thì hệ số biến mô xem như bằng 1 Khi đó hiệu suất sẽ là:

bm P T P P

T T P P

T T P

T

n

n n M

n M M

M N

 - Hiệu suất của ly hợp thuỷ lực

Ở trường hợp giới hạn tuabin có thể bị dừng hẳn, mà bánh bơm vẫn quay Công thức xác định mômen xoắn của bánh bơm và bánh tua bin như sau:

5 5

P P T T

P P P P

D n M

D n M

DP - Đường kính ngoài khoang công tác của biến mô;

γ - Trọng lượng riêng của chất lỏng chứa trong biến mô thuỷ lực,

(dầu Dexron II có γ = 850 Kg/m 3

)

λP - Hệ số mô men sơ cấp của biến mô thuỷ lực, đơn vị tính là: s2/m;

λT - Hệ số mô men thứ cấp của biến mô thuỷ lực

Các hệ số mômen λP, λT được xác định bằng thực nghiệm cho từng loại biến

mô khác nhau

Từ đây rút ra:

bm P P P

T T P

T P

M

M M

M

.

Nếu λP ≈ const thì biến mô được gọi là loại "không nhạy", còn biến mô có λP thay đổi thì được gọi là loại “nhạy” Trên ôtô có biến mô loại “nhạy” khi lực cản của ôtô tăng lên thì vận tốc góc của trục bánh bơm cũng như vận tốc góc của trục khuỷu động cơ sẽ tự động giảm xuống dẫn đến mô men xoắn của động cơ tăng lên trong khi độ mở của bướm ga không thay đổi Ngược lại khi giảm lực cản chuyển động của ôtô thì vận tốc góc của trục bánh bơm cũng như vận tốc góc của trục khuỷu động cơ sẽ tự động tăng lên

Mối liên hệ của mô men, công suất và số vòng quay của bánh tuabin bộ biến

mô được thể hiện theo công thức:

NT = MT.nT (w) (2 - 11) Vận tốc của ôtô được tính:

tl

bx T

i

r n v

60

.

Khả năng kéo là một đặc tính biểu thị khả năng biến đổi hay truyền mô men Giá trị lực kéo được tính:

bx

tl tl bm e bx

k k

r

i K M r

k

i

i r N r

N v

60

60

.

Theo [5,Tr81], hệ thống truyền lực phải cung cấp các tỷ số truyền giữa tốc

độ quay của động cơ và vận tốc bánh xe trên mặt đường để xe có thể đạt được các yêu cầu sau:

- Vượt qua các điều kiện xấu của đường;

- Đạt được vận tốc lớn nhất theo yêu cầu;

- Hoạt động ở dải hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao nhất của động cơ

Tỷ số truyền lớn nhất theo yêu cầu itl,max được xác định bởi điều kiện thứ nhất Điều kiện thứ hai cho ta một khái niệm đó là tỷ số truyền ở vận tốc lớn nhất của xe itl(vmax, th) Tỷ số truyền nhỏ nhất của hệ thống truyền lực itl,min được xác định bởi điều kiện thứ ba Hình 2 - 7 thể hiện sự thay đổi tốc độ của đầu ra hộp số ứng với tốc độ vòng quay động cơ Dải tốc độ vòng quay động cơ (tốc độ sơ cấp) được thay đổi bởi hộp số để thành dải tốc độ thứ cấp Phạm vi hoạt động nằm giữa các giới hạn tỷ số truyền

- Tỷ số truyền mô men lớn nhất itl,max để vượt chướng ngại vật và tăng tốc

m in

m in

m ax

30 6 , 3

v

r n i

bx e tl



 (2-15)

- Tỷ số truyền nhỏ nhất thấp itl,min để chỉ cần tốc độ động cơ thấp khi chạy trên đường cao tốc nhằm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu

m ax

m ax

m ax

30 6 , 3

v

r n i

bx e tl



 (2-16)

Hệ thống truyền lực nằm trung gian giữa động cơ và mặt đường, nó biến đổi các yêu cầu từ mặt đường sao cho phù hợp với khả năng đáp ứng của động cơ Nghĩa là, vùng tốc độ làm việc của động cơ phải phù hợp với dải tốc độ của xe Tương tự như vậy, đặc tính mô men của động cơ phải đáp ứng được các yêu cầu về lực kéo tại các bánh xe chủ động Đặc tính của động cơ cùng với vùng biến thiên tỷ

số truyền của HTTL được kết hợp với nhau để hình thành vùng đáp ứng về lực kéo của tổ hợp động cơ – HTTL Một trong những tiêu chí cơ bản của quá trình kết hợp động cơ với HTTL là duy trì động cơ hoạt động trong vùng tiết kiệm nhiên liệu Để

có được điều đó trong khi đặc tính động cơ không thay đổi thì vấn đề đặt ra là phải tính toán và lựa chọn tỷ số truyền của HTTL một cách tối ưu sao cho động cơ làm việc trong vùng tiết kiệm nhiên liệu nhất nhưng vẫn đảm bảo các tính năng khác theo yêu cầu

Hình 2 - 7: Biểu đồ vận tốc/tốc độ động cơ, tỷ số truyền hộp số

Mức tiêu hao nhiên liệu chịu ảnh hưởng lớn của tỷ số truyền của HTTL Trong chế độ vận hành không gia tốc, trạng thái làm việc được thể hiện trên đồ thị bằng các đường cách nhau (đối với hộp số có cấp) hoặc cả vùng trên đồ thị (đối với

truyền lực vô cấp – CVT) nằm giữa các đường lực cản TB từ tỷ số truyền nhỏ nhất đến tỷ số truyền lớn nhất của HT động lực Đối với truyền lực có cấp, các điểm làm việc là giao điểm của các đường lực cản ứng với tỷ số truyền xác định và đường công suất động cơ tương ứng T(P = const) Vì vậy, các điểm làm việc chỉ có thể nằm trong miền xác định Bản đồ làm việc thay đổi theo tốc độ tăng hoặc giảm khi

có gia tốc, vì khi đó lực cản sẽ thay đổi

Hình 2 - 8: Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động cơ xăng Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền nhỏ nhất (i A, min ) và lớn nhất (i A, max ) tạo

thành vùng các điểm làm việc với chế độ không gia tốc

Đối với HTTL có cấp, vùng làm việc với mức tiêu hao nhiên liệu hợp lý nhất ứng với một đường lực cản thường là vùng nằm phía trên đường đó Ví dụ, trên hình 2 - 8 chỉ rõ, ở công suất 40kW, T(P=40kW) xe có thể chuyển động không gia

tốc (a = 0 m/s2) trên đường bằng (độ dốc 0%) ở các tay số 3, 4 và 5 Trong đó điểm

1, ứng với tay số 3 có mức tiêu hao nhiên liệu là ge = 350g/kWh, điểm 2 ứng với tay

số 5 có mức tiêu thụ nhiên liệu hợp lý hơn nhiều (ge = 270g/kWh) Như vậy, nên chọn tỷ số truyền cao trong phạm vi có thể để đưa điểm làm việc về vùng có mức tiêu hao nhiên liệu tối thiểu (ge, min)

2.3.2 Ảnh hưởng của quy luật chuyển số đến đặc tính làm việc

Việc chuyển số trong hộp số là quá trình làm thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực do đó làm thay đổi mô men xoắn xuống bánh xe chủ động, tương ứng với lực cản chuyển động của đường cũng như yêu cầu về tốc độ chuyển động của xe

Hình 2 - 9: Ảnh hưởng của việc chuyển số đến điểm làm việc của động cơ

Giả sử ô tô chuyển động với vận tốc không đổi (Hình 2 - 9), tương ứng với công suất yêu cầu là 20 kW để thắng công suất của các lực cản chuyển động Giả thiết hiệu suất là 100%, ta có công suất yêu cầu tại động cơ cũng là 20kW Các điểm làm việc của động cơ trong điều kiện này sẽ nằm trên đường hyperbol ứng với

công suất 20 kW tùy theo tỷ số truyền được lựa chọn tại từng thời điểm cụ thể Tỷ

số truyền cao của hệ thống truyền lực sẽ tương ứng với vận tốc lớn nhưng mô men kéo nhỏ Tỷ số truyền nhỏ sẽ làm các điểm làm việc dịch chuyển theo hướng ngược lại Động cơ hoạt động hiệu quả ở vùng chịu tải lớn, tỷ số truyền nhỏ cải thiện hiệu suất của động cơ

Với lý luận như trên, người ta đưa ra quy luật chuyển số Chẳng hạn, trên hình 2 - 9 thể hiện hai đường chuyển số: tăng số (upshifting line) và giảm số (downshifting line) tạo thành vùng chuyển số Khi điểm làm việc của động cơ tới tiến gần đường giảm số thì số truyền thấp hơn kế tiếp sẽ được chọn (VD: chuyển từ

số 3 về số 2), khi đó do tỷ số truyền tăng lên nên điểm làm việc dịch chuyển về phía

có mô men thấp hơn và vận tốc cao hơn Điều ngược lại sẽ xảy ra khi chuyển từ số thấp lên số cao hơn Như vậy, động cơ hoạt động trong vùng giới hạn bởi hai đường chuyển số Trên hình 2 - 10 cho thấy rằng các điểm làm việc nằm trong vùng giữa hai đường chuyển số Có hai yếu tố quan trọng quyết định các điểm làm việc của động cơ đó là: tỷ số truyền của các tay sốvà quy luật chuyển số được chọn

Hình 2 - 10: Ảnh hưởng của tỷ số truyền và quy luật chuyển số đến điểm làm việc của

động cơ

Việc xác định các đường chuyển số được thực hiện bằng phương pháp tính toán mô phỏng Tuy nhiên, trong thực tế hộp số tự động hoạt động theo hệ thống điều khiển được thiết kế Hệ thống điều khiển hoạt động dựa trên hai thông tin Thứ nhất là tốc độ quay của động cơ được lấy từ ECU Thứ hai là mô men của động cơ được thể hiện thông qua vị trí của bàn đạp ga (lấy từ cảm biến vị trí bướm ga) Thông thường, thông tin để xác định các đường chuyển số có thể xác định được tương đối dễ dàng Đối với hộp số điều khiển bằng tay, việc chuyển số hoàn toàn do người lái quyết định Tuy nhiên, một người lái nhạy cảm thường chuyển số theo quy luật tương tự như đối với hộp số tự động

Cách tính toán xác định vùng chuyển số được thực hiện trên cơ sở điều kiện

sử dụng của xe thiết kế

2.3.3 Đồng bộ hoạt động giữa động cơ và hệ thống truyền lực

Trong quá trình làm việc, động cơ sẽ hoạt động trong một dải tốc độ nhất định mà tại dải tốc độ đó mức tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo được các đặc tính làm việc của ô tô Đối với hệ thống truyền lực, cũng cần lựa chọn những dải tỷ số truyền hợp lý nhất cho từng chế độ làm việc của xe để đảm bảo vừa tiết kiệm nhiên liệu nhưng vẫn đảm bảo tính năng kéo của ô tô, theo [5,Tr92]

Hình 2 - 11: Phối hợp hoạt động của động cơ và HTTL

Ứng với mỗi chế độ làm việc của xe mà tỷ số truyền tốc độ và tỷ số truyền

mô men của biến mô thủy lực sẽ thay đổi một cách linh hoạt để đảm bảo sự đồng bộ