THIT K B TR H THNG NG LC TRấN ễ Tễ HYBRID CH NGI DESIGN AND INSTALLATION OF POWER TRAIN SYSTEM ON TWO-PASSENGER CARS BI VN GA Trng i hc Bỏch khoa, i hc Nng NGUYN QUN Trng Trung cp Thu sn Tha Thiờn - Hu TểM TT H thng ng lc ca ụ tụ lai hai ch ngi phự hp vi iu kin hnh Vit Nam c tớnh toỏ v thit k H thng s dng ng c nhit 110cc chy bng gas LPG v ng c in cú cụng sut 4,5kW chy bng accu ABSTRACT This article presents the calculation, design, and installation of the power train system on two-passenger cars The system is composed of a 110cc LPG internal combustion engine and a 4,5kW electrical engine powered by batteries Giới thiệu Cơ giới hóa dịch chuyển xu phát triển tất yếu xã hội loài người Các chuyên gia kinh tế cho thị trường ô tô tiềm kỷ 21 dịch chuyển từ nước Đông âu Châu Mỹ La Tinh sang nước Đông Nam á, Trung cuối Châu Phi [3] Sự gia tăng mật độ ô tô dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải tải sở hạ tầng ô nhiễm môi trường Giải vấn đề thứ nhất, việc làm tốt công tác qui hoạch đô thị, nâng cấp hệ thống giao thông, lựa chọn kích cỡ ô tô phù hợp đóng vai trò quan trọng Kích cỡ kiểu dáng ô tô có thay đổi đáng kể kỷ qua Để thuận tiện cho việc di chuyển thành phố đậu xe, nhà sản xuất ô tô cho đời ô tô cá nhân có kích thước nhỏ gọn Ô tô SMART chỗ ngồi ví dụ điển hình (hình 1) [10] Hình 1: Ô tô SMART chỗ ngồi Giải vấn đề ô nhiễm môi trường liên quan đến công nghệ ô tô sạch, có nhiều giải pháp công bố năm gần đây: hoàn thiện loại động đốt truyền thống, sử dụng loại nhiên liệu thay LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel , sử dụng ô tô chạy điện, pin nhiên liệu [4] Công nghệ ô tô lai (hybrid) kết hợp làm việc tối ưu nguồn dẫn động khác mở triển vọng sáng sủa cho loại ô tô sinh thái lý tưởng (hình 2) Trên hình vẽ này, thấy ô tô lai sử dụng động đánh lửa cưỡng kết hợp với động điện vận hành hiệp trợ xếp loại loại ô tô có ưu điểm hàng đầu mặt sinh thái [11] ô tô cá nhân Việt Nam Theo đánh giá nhà chuyên môn, tiềm phát triển ô tô nước ta lớn, đặc biệt loại ô tô có giá mức độ thấp trung bình, phù hợp với túi tiền đa số người dân lao động Trong điều kiện sở hạ tầng phục vụ cho giao thông nước ta chưa phát triển, nhà thành phố chật hẹp, bãi đậu xe chưa xây dựng, loại ô tô cá nhân cỡ lớn gây nhiều phiền hà cho công tác tổ chức giao thông cho người sử dụng Vì việc xác định kiểu dáng xe phù hợp với sở hạ tầng thỏa mãn tiêu chí mức độ phát ô nhiễm nước ta cần thiết Ô tô cá nhân nước ta trước hết phải phương tiện lại thông dụng thay xe gắn máy Vì ô tô phải gọn nhẹ có tốc độ quãng đường hoạt động tương Hình 2: Xu hướng phát triển ô tô đương với xe gắn máy an toàn tiện nghi hơn, đặc biệt tránh mưa nắng bụi đường Giá thành xe phải thấp để đại phận người dân có nhu cầu mua sắm Trong bối cảnh ô tô cỡ nhỏ hai chỗ ngồi phù hợp với nước ta [7] Về hệ thống động lực ô tô, từ phân tích thấy xu phát triển tương lai ô tô hướng ô tô sinh thái, ô tô lai kết hợp dẫn động động đánh lửa cưỡng động điện có ưu lớn Để đón đầu phát triển này, chọn hệ thống động lực ô tô Việt Nam theo kiểu lai điện-nhiệt, động điện chạy accu động nhiệt chạy khí gas hóa lỏng LPG Khác với nguyên tắc ô tô lai "vận hành hiệp trợ" Toyota, ô tô lai hai chỗ ngồi vận hành theo nguyên tắc "phụ trợ" Năng lượng điện nạp vào accu chủ yếu lấy từ lưới điện dân dụng ô tô không hoạt động, động nhiệt kéo máy phát điện cung cấp thêm lượng xe chạy đường dài hay vượt dốc Sử dụng hệ thống động lực ô tô cá nhân nước ta mang lại lợi ích nhiều mặt Thật vậy, phần lớn điện sản xuất thủy điện (năng lượng tái sinh) khí thải gây ô nhiễm Khí dầu mỏ hoá lỏng LPG sản phẩm trình lọc dầu hay tinh luyện khí thiên nhiên có nguồn cung cấp dồi nước ta Hiện có nhà máy sản xuất ga Dinh Cố tương lai nhà máy lọc Dung Quất, Vũng Rô, nhà máy sản xuất gas đầu mối tiếp nhận khí thiên nhiên xây dựng vào hoạt động khả độc lập nhiên liệu LPG lớn Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai hai chỗ ngồi điện-nhiệt theo kiểu "phụ trợ" Trên sở phân tích điều kiện làm việc ô tô lai theo kiểu phụ trợ đây, tính toán thiết kế hệ thống động Hình 3: Sơ đồ hệ thống động lực ô tô lai thiết kế lực ô tô lai điện-nhiệt hai chỗ ngồi có khối lượng tòan xe 500kg, vận tốc cực đại 70km/h quãng đường tăng tốc 0-70km/h 286/m Hình giới thiệu sơ đồ hệ thống động lực ô tô lai phụ trợ Cơ cấu truyền động khí ô tô chia làm hai nhóm chính: - Hệ thống truyền lực ô tô, bao gồm: động điện, hộp giảm tốc (truyền lực chính), vi sai, bán trục bánh xe chủ động - Cơ cấu cụm máy phát điện, bao gồm: động LPG, máy phát điện truyền động liên kết với cầu chủ động Hình giới thiệu sơ đồ hệ thống điều khiển điện ô tô Nguyên lý hoạt động hệ thống sau: a) chế độ bình thường, động điện kéo bánh xe chủ động quay thông qua bánh giảm tốc vi sai Máy phát điện cầu chủ động liên hệ với qua ly hợp điện từ truyền động đai chế độ xe chạy bình thường, ly hợp điện từ trạng thái ngắt, cầu chủ động không kéo máy phát điện quay theo Công suất động điện dùng để kéo xe ô tô chuyển động mà không chịu ảnh hưởng cụm máy phát điện b) chế độ giảm tốc cần dừng xe xe xuống dốc, người lái nhả bàn đạp ga, động điện cắt điện, đồng thời công tắc cuối hành trình bàn đạp ga điều khiển ly hợp điện từ đóng lại, cầu chủ động kéo máy phát điện quay theo thông qua truyền động đai Động xe chuyển thành điện nạp lại cho ắc quy Vì mối liên hệ động LPG máy phát điện có ly hợp ly tâm truyền công suất theo chiều nên máy phát điện quay không kéo động LPG quay theo Nếu người lái tiếp tục đạp bàn đạp ga, ly hợp điện từ chuyển sang trạng thái ngắt, động điện cấp điện, xe tiếp tục làm việc chế độ chạy bình thường Hình 4: Sơ đồ hệ thống điều khiển điện ô tô lai thiết kế c) Khi cần chạy đường dài, người lái chuyển điều khiển xe sang hoạt động chế độ "phụ trợ" Khi động LPG hoạt động kéo máy phát điện hỗ trợ bình ắc quy cung cấp điện cho động điện Vì công suất cụm động LPG - máy phát điện chọn cân với động điện nên chạy xe thời gian dài mà không làm hết bình ắc quy Động LPG điều tốc điều khiển chạy tốc độ cố định tương ứng với công suất phát cực đại nên hạn chế phát thải chất gây ô nhiễm môi trường Khi cụm động LPG - máy phát điện hoạt động, ly hợp điện từ điều khiển trạng thái 1,6 m ngắt nên quay máy phát điện không làm ảnh hưởng đến quay cầu chủ động Trong trường hợp cần giảm tốc độ xe, người lái nhả bàn đạp ga, tín hiệu từ công tắc cuối hành trình bàn đạp ga điều khiển điều tốc làm cho động LPG chạy tốc độ cầm chừng, ly hợp ly tâm chuyển sang trạng thái ngắt để gián đoạn đường truyền công suất động LPG với máy phát điện, đồng thời ly hợp điện từ điều khiển đóng lại máy phát điện chuyển sang làm việc chế độ phanh tái sinh lượng Nếu người lái tiếp tục đạp bàn đạp ga, hệ thống chuyển sang hoạt động chế độ trước d) Khi xe chạy vào đường có độ dốc lớn, động điện cung cấp đủ mô men để vượt dốc, người lái nhấn nút "vượt dốc" bảng điều khiển, động LPG khởi động ly hợp điện từ điều khiển chuyển sang trạng thái đóng để động LPG hỗ trợ với động điện kéo xe vượt dốc Nếu người lái nhấn nút "vượt dốc" lại lần nữa, chế độ vượt dốc tắt, xe chuyển sang hoạt động chế độ trước e) Khi cần phải lùi xe, người lái kéo cần điều khiển chiều chuyển động xe sang vị trí "lùi", động điện cấp Bình Máy phát gasLPG điện điện áp ngược (đổi chiều cực tính) làm động điện đổi chiều quay kéo xe chạy lùi Trong trường hợp này, động LPG động điện có chiều quay ngược nhau, Động Động cơ điện để bảo đảm an toàn cho hệ thống, ly hợp LPG Cầu điện từ phải luôn trạng thái ngắt, tức Bộ Ly chủ hợp điện thực phanh tái sinh lượng động từ hỗ trợ vượt dốc Muốn dừng xe người lái 1,2m Ghế phải sử dụng hệ thống phanh thuỷ lực ngồi phanh tay trang bị xe Bình accu Để đề phòng trường hợp xe dừng, người lái nhả bàn đạp ga không tắt hệ thống điện toàn xe, hệ thống phanh tái sinh lượng hoạt động, dòng điện kích từ làm nóng cuộn dây kích từ máy phát điện làm tổn hao lượng, rơ le điện từ điều khiển cắt dòng điện kích từ tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe nhỏ mức cho phép Hình 5: Thiết kế bố trí phận hệ thống động lực lên chassi ô tô lai Tất chế độ hoạt động xe điều khiển trung tâm (gọi tắt ECC - Electronic Control Center) điều khiển thông qua tín hiệu vào từ cảm biến vị trí bàn đạp ga, vị trí cần nút điều khiển, cảm biến tốc độ xe tín hiệu đến điều chỉnh điện áp cấp cho động điện, cuộn dây điện từ ly hợp điện từ, rơ le đóng ngắt mạch điện kích từ máy phát điện điều tốc động LPG Trên sở phân tích điều kiện làm việc ô tô lai, tính toán thiết kế hệ thống động lực ô tô Hình giới thiệu sơ đồ bố trí hệ thống động lực xe Mô bố trí hệ thống động lực không gian ba chiều trình bày hình Tỷ lệ Hình 6: Mô hệ thống động lực ô tô lai hai chỗ ngồi không gian ba chiều phân bố tải trọng hai cầu xe 50%-50%; cầu xe sử dụng kiểu treo độc lập cầu chủ động cầu trước Xe có chiều dài 1,6m chiều rộng 1,2m Như biết, vấn đề nan giải ô tô chạy điện lưu trữ điện accu Muốn tăng quãng đường hoạt động độc lập ô tô, phải tăng khối lượng accu tự trọng ô tô tăng Hơn nữa, sử dụng hết bình ắc quy, thời gian nạp lại dài, thường kéo dài từ đến 10 đồng hồ Ô tô lai phụ trợ khắc phục trở ngại cách cho động LPG cung cấp điện nạp cho accu song song với trình sử dụng cần thiết Ưu điểm động nhiệt kéo máy phát điện làm việc với chế độ ổn định tối ưu làm tăng tính kinh tế giảm ô nhiễm môi trường [5] Trong thiết kế dùng bình accu Đồng Nai N12V-50AH Theo tính toán, để đạt tính yêu cầu, động điện sử dụng phải có công suất tối thiểu 4,5kW Chọn động điện chiều kiểu ZYT145/06-90 Trung Quốc có hiệu điện 90V, tốc độ quay định mức 3.000 v/ph mô men xoắn cực đại 60 Nm Để hệ thống hoạt động bình thường, chọn cụm động nhiệt - máy phát điện có công suất tương đương Với quan điểm ưu tiên sử dụng thiết bị có sẵn thị trường, chọn động xe gắn máy có dung tích xi lanh 110cc máy phát điện xoay chiều 263-A sử dụng xe ô tô tải -540 với điện áp 28V công suất 4,5kW Động xe gắn máy 110cc nguyên thủy chạy xăng có công suất cực đại 5,5kW cải tạo sang chạy khí dầu mỏ hóa lỏng LPG [6] Các thiết bị lựa chọn có khối lượng nhỏ loại khác có công suất tương đương Kết luận Ô tô lai hai chỗ ngồi sử dụng động điện chạy accu động đốt chạy khí gas hóa lỏng LPG ô tô cá nhân phù hợp với điều kiện Việt Nam điều kiện sử dụng lẫn khả cung cấp lượng bảo vệ môi trường Hệ thống động lực xe tính tóan, thiết kế với việc sử dụng trang thiết bị có sẵn cho thấy khả chế tạo ô tô nói thực Một mô hình ô tô lai điện-nhiệt chỗ ngồi cần chế tạo để đánh giá tính ô tô trước đưa vào sản xuất TI LIU THAM KHO [1] [2] [3] [4] [5] [6] Bob Brant, Build your own electric vehicle, Mc Graw Hill Book, 1994 Vn Dng, H thng in v in t trờn ụ tụ hin i, i hc S phm K thut Thnh ph H Chớ Minh, 2003 Bựi Vn Ga, Trn Vn Nam, Planning Urban Transport System for Danang City, ICAT 2002, PROCEEDINGS International conference on automotive technology, paper 032, Science and Technics publishing house Bựi Vn Ga, H Tn Quyn, Nhan Hng Quang, Phng tin giao thụng sch phự hp vi iu kin Vit Nam, Hi ngh Nghiờn cu Khoa hc, chuyn giao cụng ngh mụi trng phc v o to v bo v mụi trng cụng nghip, Thnh ph H Chớ Minh, ngy 22-23/8/2003 Bui Van Ga, Combustion of LPG-air lean mixture and its application on motorcycle engines, The ASEM workshop on EU/ASIA Science and Technology co-operation on clean technology, Hanoi, 3-4 November, 2004 Bựi Vn Ga, Bựi Th Minh Tỳ, H thng nhiờn liu ca xe gn mỏy chy bng ga LPG, Tp Giao thụng ti, s 10/2004, pp 23-24 v 27 [7] [8] [9] [10] [11] Bựi Vn Ga, H S Xuõn Diu, ễ tụ hybrid: Phng tin giao thụng cỏ nhõn ụ sch phự hp vi iu kin Vit Nam, Hi ngh Khoa hc-Cụng ngh, K Nim 40 nm Ngy Thnh lp Cc ng Kim Vit Nam, pp 165-172, H Ni 16-4-2004 Nguyn Quõn, Thit k h thng ng lc ụ tụ lai in-nhit hai ch ngi, Lun Thc s K thut, Trng i hc S phm K thut Thnh ph H Chớ Minh, 2004 Website: hppt://www.dc-motors.globalspec.com Website: hppt://www.smart.com Website: hppt://www.toyota.com  ... tốc động LPG Trên sở phân tích điều kiện làm việc ô tô lai, tính toán thiết kế hệ thống động lực ô tô Hình giới thiệu sơ đồ bố trí hệ thống động lực xe Mô bố trí hệ thống động lực không gian ba... Trong bối cảnh ô tô cỡ nhỏ hai chỗ ngồi phù hợp với nước ta [7] Về hệ thống động lực ô tô, từ phân tích thấy xu phát triển tương lai ô tô hướng ô tô sinh thái, ô tô lai kết hợp dẫn động động đánh... trợ" Trên sở phân tích điều kiện làm việc ô tô lai theo kiểu phụ trợ đây, tính toán thiết kế hệ thống động Hình 3: Sơ đồ hệ thống động lực ô tô lai thiết kế lực ô tô lai điện-nhiệt hai chỗ ngồi