Phân tích đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ động lực ô tô Hybrid và thiết lập mô hình cụm phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ


ĐÀO THANH LÝ
LÊ QUANG KHẢI

TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ
HYBRID VÀ THIẾT LẬP MÔ HÌNH BỘ PHÂN PHỐI CÔNG
SUẤT-PSD TRONG HỆ THỐNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Kỹ thuật Ô tô)
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
PGS-TS. NGUYỄN VĂN NHẬN
TS. LÊ BÁ KHANG

NHA TRANG, THÁNG 7 NĂM 2011





i

i
LỜI CẢM ƠN

Chúng em không thể theo đuổi và hoàn thành đồ án tốt nghiệp nếu không có
sự giúp đỡ của những ngƣời thân, thầy cô và những ngƣời bạn xung quanh. Do vậy,
với sự trân trọng và cảm kích, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Gia đình
và Bố mẹ những ngƣời hết lòng chăm sóc, an ủi, động viên, tạo điều kiện cho
chúng Em trong thời gian thực hiện đề tài.
Chúng Em xin chân thành cảm ơn PGS-TS. NGUYỄN VĂN NHẬN và
TS. LÊ BÁ KHANG đã dành thời gian quý báu tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo những
thiếu sót, cung cấp tài liệu tham khảo cần thiết để chúng em có thể hoàn thành đồ án
tốt nghiệp này.
Ngoài ra, chúng em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy cô
Bộ môn kỹ thuật ô tô, khoa Cơ khí, Xƣởng cơ khí ĐH Nha Trang và cán bộ,
công nhân viên Công ty TNHH Cơ khí TRÚC LÂM đã cho phép, hỗ trợ chúng
em trong quá trình thực hiện mô hình.
Xin cảm ơn thầy cô trong khoa Cơ Khí và thầy cô tham gia giảng dạy tại
trƣờng Đại học Nha Trang đã cung cấp cho chúng em những kiến thức cơ sở để có
khả năng tham gia những công việc liên quan sau này. Nhóm chúng xem xin gửi
đến thầy cô lời chúc sức khỏe, luôn có thật nhiều niềm vui trong giảng dạy và đạt
nhiều thành công trong công tác và nghiên cứu khoa học.
Xin chân thành cảm ơn.

Nha Trang, ngày 25/06/2011
Nhóm sinh viên thực hiện
Đào Thanh Lý

Lê Quang Khải






ii
LỜI CẢM ƠN

Chúng em không thể theo đuổi và hoàn thành đồ án tốt nghiệp nếu không có
sự giúp đỡ của những ngƣời thân, thầy cô và những ngƣời bạn xung quanh. Do vậy,
với sự trân trọng và cảm kích, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Gia đình
và Bố mẹ những ngƣời hết lòng chăm sóc, an ủi, động viên, tạo điều kiện cho
chúng Em trong thời gian thực hiện đề tài.
Chúng Em xin chân thành cảm ơn PGS-TS. NGUYỄN VĂN NHẬN và
TS. LÊ BÁ KHANG đã dành thời gian quý báu tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo những
thiếu sót, cung cấp tài liệu tham khảo cần thiết để chúng em có thể hoàn thành đồ án
tốt nghiệp này.
Ngoài ra, chúng em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy cô
Bộ môn kỹ thuật ô tô, khoa Cơ khí, Xƣởng cơ khí ĐH Nha Trang và cán bộ,
công nhân viên Công ty TNHH Cơ khí TRÚC LÂM đã cho phép, hỗ trợ chúng
em trong quá trình thực hiện mô hình.
Xin cảm ơn thầy cô trong khoa Cơ Khí và thầy cô tham gia giảng dạy tại
trƣờng Đại học Nha Trang đã cung cấp cho chúng em những kiến thức cơ sở để có
khả năng tham gia những công việc liên quan sau này. Nhóm chúng xem xin gửi
đến thầy cô lời chúc sức khỏe, luôn có thật nhiều niềm vui trong giảng dạy và đạt
nhiều thành công trong công tác và nghiên cứu khoa học.
Xin chân thành cảm ơn.

Nha Trang, ngày 25/06/2011
Nhóm sinh viên thực hiện
Đào Thanh Lý
Lê Quang Khải






iii
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH vii
DANH MỤC BẢNG xi
DANH MỤC VIẾT TẮT xii
LỜI NÓI ĐẦU 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ 2
1.1. ĐỊNH NGHĨA, NHIỆM VỤ, PHÂN LOẠI 2
1.1.1. Định nghĩa 2
1.1.2. Nhiệm vụ 2
1.1.3. Phân loại 2
1.2. ĐỘNG CƠ 3
1.2.1 Định nghĩa 3
1.2.2 Các hệ thống trên động cơ 3
1.3. LY HỢP 4
1.3.1. Định nghĩa, nhiệm vụ, phân loại 4
1.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động lý hợp ma sát 5

1.4. HỘP SỐ 7
1.4.1. Nhiệm vụ, phân loại 7
1.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hộp số ba cấp số tiến và một số lùi 7
1.5. CAC ĐĂNG VÀ KHỚP NỐI 9
1.5.1. Định nghĩa, công dụng và phân loại 9
1.5.2. Cấu tạo và hoạt động của cac dăng 10
1.6. CẦU CHỦ ĐỘNG 11
1.6.1. Nhiệm vụ, phân loại 11
1.6.2. Cấu tạo cầu chủ động 12
1.6.3. Nguyên lý hoạt động cầu chủ động 13




iv
Chƣơng 2 XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN Ô TÔ HYBRID CÁC PHƢƠNG ÁN
HYBRID ĐIỂN HÌNH 14
2.1. KHÁI NIỆM CHUNG 14
2.2. XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN Ô TÔ HYBRID Ở THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 14
2.2.1. Hoàn thiện động cơ diesel 15
2.2.2. Sử dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế 15
2.2.3. Sử dụng nhiên liệu khí 19
2.2.4. Ô tô chạy bằng điện 21
2.2.5. Ô tô sử dụng pin nhiên liệu (Fuel-cell) 23
2.2.6. Ô tô hybrid (ô tô lai) 24
2.3. CÁC PHƢƠNG ÁN PHỐI HỢP CÔNG SUẤT HYBRID 25
2.3.1. Theo thời điểm phối hợp công suất 25
2.3.1.1. Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm 25
2.3.1.2. Phối hợp khi cần công suất cao 25
2.3.2. Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện 26

2.3.2.1. Kiểu nối tiếp 26
2.3.2.2. Kiểu song song 27
2.3.2.3. Kiểu hỗn hợp 28
2.3.2.4. So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất 29
Chƣơng 3 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG HỆ ĐỘNG
LỰC HYBRID 30
3.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO HỆ ĐỘNG LỰC HYBRID 30
3.1.1. Động cơ đốt trong 31
3.1.2. Hộp số và bộ phân phối công suất PSD (Hybrid Transaxle) 32
3.1.3. Motor điện và máy phát điện 33
2.1.4. Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter) 33
3.1.5. Ắc-quy điện áp cao. (HV Battery-High Volt Battery) 34
3.1.6. Cáp nguồn 35
3.1.7. Ắc quy phụ 35




v
3.1.8. Các bộ phận khác có công dụng hỗ trợ trên ô tô hybrid 35
3.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ ĐỘNG LỰC HYBRID 38
3.2.1. Ready On-Chế độ sẵn sàng 39
3.2.2. Chạy với MG2 40
3.2.3. Chạy với MG2 và MG1 khởi động động cơ xăng 41
3.2.4. Tăng tốc nhẹ với động cơ xăng 43
3.2.5. Chạy tốc độ thấp ổn định 44
3.2.6. Tăng tốc hoàn toàn 46
3.2.7. Chạy tốc độ cao ổn định 47
3.2.8. Chạy ở tốc độ tối đa 48
3.2.9. Giảm tốc hoặc phanh 50

3.2.10. Chạy lùi 51
Chƣơng 4 THIẾT LẬP MÔ HÌNH VỚI CỤM PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT-PSD 53
4.1. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 53
4.1.1. Tính toán và chọn công suất máy điện (MG2) 53
4.1.2. Tính toán và chọn công suất động cơ nhiệt 57
4.1.3. Chọn công suất máy điện (MG1) 60
4.1.4. Phân bố tải trọng lên các dầm cầu của ô tô ở trạng thái tĩnh 60
4.1.5. Chọn lốp ô tô 60
4.2. PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT 61
4.2.1. Bộ phối hợp công suất kiểu truyền động nối cứng tốc độ (
2

1
.i
21
). 62
4.2.2. Bộ phối hợp công suất kiểu biến đổi mômen 65
4.2.3. Bộ phối hợp công suất kiểu vi sai tốc độ. 70
4.3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN GIA CÔNG CHẾ TẠO CỤM
PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT-PSD 82
4.3.1. Phƣơng án 1, mua mới bộ phân phối công suất PSD 82
4.3.2. Phƣơng án 2, cải hoán sử dụng các chi tiết có sẵn trên thị trƣờng 83
4.3.3. Phƣơng án 3, thiết kế chế tạo mới toàn bộ mô hình 83
4.3.4. Phân tích lựa chọn phƣơng án 84




vi
4.4. THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỘ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT-PSD 84

4.4.1. Bộ phối hợp công suất kiểu vi sai tốc độ (bộ chia công suất-PSD) 84
4.4.2. Các thông số đầu vào và các thông số đầu ra ở các chế độ hoạt động 86
4.4.3. Tính toán, thiết kế bộ chia công suất PSD 87
4.5. GIA CÔNG CHẾ TẠO, LẮP RẮP MÔ HÌNH 99
4.5.1. Giai đoạn 1 99
4.5.2. Giai đoạn 2 101
4.5.3. Bảo dƣỡng, khai thác và vận hành mô hình 102
Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 103
5.1. KẾT LUẬN 103
5.2. ĐỀ XUẤT 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO 105
NGUỒN WEBSITE THAM KHẢO 106
PHỤ LỤC 107





vii
DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô. 3
Hình 1-2: Động cơ ô tô 4
Hình 1-3: Sơ đồ cụm đĩa ép ly hợp 5
Hình 1-4: Sơ đồ cấu tạo đĩa bị động của ly hợp 5
Hình 1-5: Sơ đồ hệ thống ly hợp tổng quát 6
Hình 1-6: Sơ đồ cấu tạo của hộp số loại ba cấp số tiến và một số lùi 7
Hình 1-7: Sơ đồ kết cấu của hộp số bánh răng di động với cơ cấu sang số, các bánh
răng đang ở vị trí số 0 8
Hình 1-8: Sơ đồ cấu tạo trục cac đăng 10

Hình 1-9: Sơ đồ cấu tạo trục chữ thập 10
Hình 1-10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động trục cac đăng 10
Hình 1-11: Cấu tạo bộ vi sai 11
Hình 1-12: Sơ đồ cấu tạo cầu chủ động 13
Hình 2-1: Tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm của ô tô 14
Hình 2-2: Hệ thống hybrid nối tiếp 26
Hình 2-3: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp 26
Hình 2-4: Hệ thống hybrid song song 27
Hình 2-5: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song 27
Hình 2-6: Hệ thống hybrid hỗn hợp 28
Hình 2-7: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp. 29
Hình 3-1: Sơ đồ hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 30
Hình 3-2: Ô tô hybrid Toyota Prius 31
Hình 3-3: Động cơ đốt trong, hộp số của ô tô hybrid (Toyota Prius) 31
Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo hộp số và bộ phân phối công suất 32
Hình 3-5: Hộp số và bộ phân phối công suất PSD ô tô hybrid (Toyota Prius) 32
Hình 3-6: Motor điện và máy phát điện ô tô hybrid (Toyota Prius) 33
Hình 3-7: Bộ chuyển đổi điện 34




viii
Hình 3-8: Ắc-quy điện áp cao trên Toyota Prius 34
Hình 3-9: Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao 35
Hình 3-10: Bố trí Ắc-quy phụ trên ô tô hybrid 35
Hình 3-11: Sơ đồ hệ động lực Hybrid 38
Hình 3-12: Điều kiện ô tô ở chế độ Ready On 39
Hình 3-13: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD ở chế độ Ready On 39
Hình 3-14: Sơ đồ tổng quát đƣờng truyền năng lƣợng điện và công suất trên ô tô. . 39

Hình 3-15: Điều kiện của ô tô chạy với MG2 40
Hình 3-16: Biểu đồ monographic và hoạt động của PSD khi chạy với MG2 40
Hình 3-17: Sơ đồ đƣờng truyền năng lƣợng điện và công suất khi chạy với MG2 40
Hình 3-18: Điều kiện của ô tô khi chạy với MG2 và khởi động động cơ xăng 41
Hình 3-19: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD
khi chạy với MG2 và MG1 khởi động động cơ xăng 41
Hình 3-20: Sơ đồ tổng quát đƣờng truyền năng lƣợng điện và công suất khi chạy
với MG2 và MG1 khởi động động cơ xăng 42
Hình 3-21: Điều kiện của ô tô khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng 43
Hình 3-22:Monographic và sơ đồ hoạt động PSD khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng
43
Hình 3-23: Sơ đồ tổng quát đƣờng truyền năng lƣợng điện và công suất khi tăng tốc
nhẹ với động cơ xăng 43
Hình 3-24: Điều kiện của ô tô khi chạy tốc độ thấp ổn định 44
Hình 3-25: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD ở tốc độ thấp ổn định 44
Hình 3-26: Sơ đồ tổng quát đƣờng truyền năng lƣợng điện và công suất khi chạy tốc
độ thấp ổn định 45
Hình 3-27: Điều kiện của ô tô khi tăng tốc hoàn toàn 46
Hình 3-28: Khi tăng tốc hoàn toàn 46
Hình 3-29: Sơ đồ đƣờng truyền năng lƣợng điện và công suất tăng tốc hoàn toàn 46
Hình 3-30: Điều kiện của ô tô khi chạy tốc độ cao ổn định 47
Hình 3-31: Monographic khi chạy tốc độ cao ổn định 47




ix
Hình 3-32: Sơ đồ đƣờng truyền năng lƣợng và công suất chạy tốc độ cao ổn định . 48
Hình 3-33: Điều kiện của ô tô khi chạy ở tốc độ tối đa 48
Hình 3-34: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD

khi chạy ở tốc độ tối đa 49
Hình 3-35: Sơ đƣờng truyền năng lƣợng điện và công suất ở tốc độ tối đa 49
Hình 3-36: Điều kiện của ô tô khi chạy giảm tốc hoặc phanh 50
Hình 3-37: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD
khi giảm tốc hoặc phanh 50
Hình 3-38: Sơ đồ đƣờng truyền năng lƣợng điện và công suất khi giảm tốc hoặc
phanh 51
Hình 3-39: Điều kiện của ô tô khi chạy lùi 51
Hình 3-40: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD khi chạy lùi 52
Hình 3-41: Sơ đồ đƣờng truyền năng lƣợng điện và công suất khi chạy lùi 52
Hình 4-1: Lực và mômen tác dụng lên ô tô chuyển động tăng tốc trên đƣờng dốc 53
Hình 4-2: Sơ đồ xác định diện tích cản chính diện của ô tô 55
Hình 4-3: Sơ đồ bố trí tổng thể bộ truyền phối hợp hai nguồn động lực. 61
Hình 4-4: Bộ phối hợp công suất kiểu nối cứng tốc độ (
2

1
.i
21
). 62
Hình 4-5: Bộ phối hợp công suất kiểu biến đổi mômen. 65
Hình 4-6: Bộ phối hợp công suất kiểu biến đổi mômen. 66
Hình 4-7: Bộ phối hợp công suất kiểu vi sai tốc độ 70
Hình 4-8: Sơ đồ cơ cấu bộ chia công suất PSD 71
Hình 4-9: Sơ đồ cơ cấu của bộ chia công suất khi chỉ truyền động bằng MG2. 73
Hình 4-10: Sơ đồ cơ cấu bộ chia công suất PSD khi chỉ truyền bằng động cơ xăng75
Hình 4-11: Sơ đồ cơ cấu của bộ chia công suất PSD khi truyền động kết hợp cả hai
nguồn công suất của động cơ điện (MG1) và động cơ xăng 78
Hình 4-12: Sơ đồ cơ cấu của bộ chia công suất PSD khi MG1 khởi động động cơ
xăng trƣờng hợp ô tô đứng yên 81

Hình 4-13: Bộ chia công suất PSD 84
Hình 4-14: Bánh răng bao của bộ chia công suất PSD. 84




x
Hình 4-15: Bánh răng hành tinh của bộ chia công suất PSD. 85
Hình 4-16: Bánh răng trung tâm của bộ chia công suất PSD. 85
Hình 4-17: Cần C (Chạc mang bánh răng hành tinh) của bộ chia công suất PSD 85
Hình 4-18: Sơ đồ tính toán cơ cấu bộ chia công suất PSD 87
Hình 4-19a: Sơ đồ tính toán điều kiện đồng trục, điều kiện lắp, điều kiện kề của bộ
chia công suất PSD. 88
Hình 4-19b: Sơ đồ tính toán điều kiện đồng trục, điều kiện lắp, điều kiện kề của bộ
chia công suất PSD. 88
Hình 4-20: Sơ đồ tính toán tỉ số truyền i
1C
của bộ chia công suất PSD. 92
Hình 4-21: Sơ đồ tính toán khoảng cách trục của bộ chia công suất PSD 94
Hình 4-22: Cụm ăn khớp bánh răng trung tâm-bánh răng hành tinh 100
Hình 4-23: Gia công bánh răng bao trên máy cắt dây CNC 101





xi
DANH MỤC BẢNG

Bảng 2-1: Một số tính chất cơ bản của các loại dầu thực vật. 16

Bảng 2-2 So sánh ƣu nhƣợc điểm giữa 3 kiểu hệ thống phối hợp công suất 29
Bảng 4-1: Thông số kỹ thuật của MG2 57
Bảng 4-2: Thông số kỹ thuật của động cơ xăng 59
Bảng 4-3: Thông số đầu vào và đầu ra của bộ chia công suất PSD 86
Bảng 4-4: Thông số hình học của bánh răng bao 98
Bảng 4-5: Thông số hình học của bánh răng trung tâm 98
Bảng 4-6: Thông số hình học của bánh răng vệ tinh. 99





xii
DANH MỤC VIẾT TẮT

1. HTTL: Hệ thống truyền lực.
2. DME: Dimethyl ether (nhiên liệu lỏng).
3. LPG: Liquefied petroleum gas (khí hóa lỏng).
4. CNG: Compressed natural gas (khí thiên nhiên).
5. ĐCĐT: Động cơ đốt trong.
6. PSD: Power split device (Bộ chia công suất).
7. CVT: Continuosly variable transimission (hộp số biến thiên vô cấp).
8. SOC: State of charge (tình trạng sạc).
9. DC: Dòng điện một chiều.
10. MG1-Motor Generater 1 (tổ hợp động cơ, máy phát 1)
11. MG2-Motor Generater 2 (tổ hợp động cơ, máy phát 2)
12. HV Batterry - High volt batterry (ắc quy cao áp)

1
LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, “vấn đề ô nhiễm môi trƣờng” luôn đƣợc quan tâm không chỉ trong
phạm vi một quốc gia mà còn trên cả thế giới. Khí thải động cơ ô tô là một nguyên
nhân gây ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng, sự nóng lên của trái đất và đặc biệt là ảnh
hƣớng sức khoẻ con ngƣời. Bên cạnh đó, “vấn đề năng lƣợng” cho ô tô ngày càng
trở nên khó khăn hơn khi dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, giá nhiên liệu ngày càng tăng
cao ảnh hƣởng đến cuộc sống của chúng ta.
Với mục đích củng cố kiến thức cơ bản đã học và tiếp cận những thành tựu
khoa học công nghệ mới nhằm bổ sung, nâng cao kiến thức, kỹ năng chuyên ngành
ô tô, em chọn và đƣợc Bộ môn Kỹ thuật ô tô, khoa Cơ khí giao đồ án tốt nghiệp với
đề tài: “PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CỦA HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ HYBRID VÀ THIẾT LẬP MÔ HÌNH BỘ PHÂN
PHỐI CÔNG SUẤT-PSD TRONG HỆ THỐNG”
Nội dung đề tài bao gồm 5 chƣơng:
 Chương 1: Tổng quan hệ động lực ô tô.
 Chương 2: Xu hƣớng phát triển ô tô hybrid và các phƣơng án Hybrid điển hình.
 Chương 3: Đặc điểm cấu tạo vào nguyên lý hoạt động Hệ động lực ô Hybrid.
 Chương 4: Thiết lập mô hình với cụm phân phối công suất-PSD.
 Chương 5: Kết luận và đề xuất ý kiến.
Chúng Em đã hết sức cố gắng tìm kiếm, dịch thuật tài liệu, tiếp cận thực tế để
gia công chế tạo mô hình cho tới nay các nội dung cơ bản đã hoàn thành, nhƣng do
kiến thức và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế ít ỏi nên đề tài sẽ không tránh
khỏi những thiếu sót. Em rất mong Quý thầy cô góp ý chỉ bảo thêm để bổ sung đề
tài hoàn thiện hơn.
Nhóm sinh viên thực hiện
Đào Thanh Lý
Lê Quang Khải

2
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ

1.1. ĐỊNH NGHĨA, NHIỆM VỤ, PHÂN LOẠI
1.1.1. Định nghĩa
Hệ thống truyền lực (HTTL) của ô tô là hệ thống tập hợp tất cả các cơ cấu
nối từ động cơ tới bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều
quay, biến đổi giá trị mô men.
1.1.2. Nhiệm vụ
 Truyền, biến đổi mô men quay và số vòng quay từ động cơ tới bánh xe chủ
động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ, và mô men cản sinh
ra trong quá trình ô tô chuyển động.
 Cắt dòng truyền trong thời gian ngắn hoặc dài.
 Thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ô tô.
 Tạo khả năng chuyển động “mềm mại’’ và tính năng việt dã trên đƣờng.
1.1.3. Phân loại
1.1.3.1 Phân loại theo hình thức truyền năng lƣợng
 HTTL cơ khí bao gồm các bộ truyền ma sát, các hộp biến tốc, hộp phân
phối truyền động cac đăng, loại này đƣợc dùng phổ biến.
 HTTL cơ khí thủy lực bao gồm các bộ truyền cơ khí, bộ truyền thủy lực.
 HTTL điện từ bao gồm nguồn điện, các động cơ điện, rơle điện từ, dây dẫn.
 HTTL thủy lực bao gồm bơm thủy lực, các động cơ thủy lực.
 HTTL liên hợp bao gồm một số bộ phận cơ khí, một số bộ phận thủy lực,
một số bộ phận điện từ.
1.1.3.2. Phân loại theo đặc điểm biến đổi tỉ số truyền

 Truyền lực có cấp là truyền lực có các tỷ số truyền cố định, việc thay đổi tỷ
số truyền theo dạng bậc thang.
 Truyền lực vô cấp là tuyền lực có tỷ số truyền biến đổi liên tục tùy thuộc
vào chế độ làm việc của động cơ và cản mặt đƣờng.




3
1.1.3.3. Phân loại theo phƣơng pháp điều khiển thay đổi tốc độ
 Điều khiển bằng cần số.
 Điều khiển bán tự động.
 Điều khiển tự động.
Phân biệt giữa điều khiển bán tự động và điều khiển tự động thông qua số
lƣợng cơ cấu điều khiển trong buồng lái. Hiện nay chúng ta thƣờng gặp:
 HTTL cơ khí có cấp điều khiển bằng cần số.
 HTTL cơ khí thủy lực điều khiển tự động.

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô.
1.2. ĐỘNG CƠ
1.2.1 Định nghĩa
Động cơ là nguồn động lực chính làm cho ô tô chuyển động. Nguồn động lực này
đƣợc động cơ tạo ra khi nó đốt cháy môi chất công tác trong một không gian nhỏ bé gọi là
buồng đốt, khi đó môi chất công tác sẽ giãn nở đẩy cơ cấu piston thanh truyền đi xuống
làm trục khuỷu quay.
1.2.2 Các hệ thống trên động cơ
 Hệ thống nhiên liệu cung cấp một hỗn hợp tỷ lệ đúng của nhiên liệu và không khí để
phù hợp với tải động cơ. Mức độ giàu nghèo của hỗn hợp đƣợc đánh giá bằng hệ số dƣ
lƣợng không khí (đối động cơ xăng) và hệ số nạp (đối với động cơ diesel)
 Hệ thống làm mát trên ô tô thƣờng là hệ thống làm mát bằng nƣớc mà có pha thêm

chất phụ gia nhằm chống đông khi gặp trời lạnh, chống bám cặn, chống ăn mòn.






4

Hình 1-2: Động cơ ô tô
 Hệ thống bơi trơn làm nhiệm vụ giảm hao mòn do ma sát của các cặp chi tiết chuyển
động tƣơng đối với nhau và tham gia một phần vào quá trình làm mát động cơ.
 Hệ thống đánh lửa (ở động cơ xăng) cung cấp một nguồn điện rất lớn gửi đến hai cực
của buji để tạo tia lửa điện để đốt cháy môi chất công tác vào cuối kỳ nén.
1.3. LY HỢP
1.3.1. Định nghĩa, nhiệm vụ, phân loại
1.3.1.1. Định nghĩa
Ly hợp là một cụm của HTTL nằm giữa động cơ và hộp số chính.
1.3.1.2. Nhiệm vụ
 Tạo khả năng đóng ngắt mạch truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ động
 Ly hợp đảm bảo đóng ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động và thực hiện
trong thời gian ngắn.
 Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò nhƣ một cơ cấu an toàn nhằm tránh
quá tải cho HTTL và động cơ.
 Khi có hiện tƣợng cộng hƣởng (rung động lớn) ly hợp có khả năng dập tắt
nhằm nâng cao chất lƣợng truyền lực.
1.3.1.3. Phân loại
 Ly hợp ma sát.
 Ly hợp thủy lực.
 Ly hợp điện từ.

Ly hợp ma sát đƣợc dùng nhiều hơn cả.




5
1.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động lý hợp ma sát
1.3.2.1. Cấu tạo

Hình 1-3: Sơ đồ cụm đĩa ép ly hợp
Bao gồm các phần sau:
Phần chủ động: gồm các chi tiết lắp ghép trực tiếp hoặc gián tiếp với bánh
đà của động cơ và có cùng tốc độ quay với bánh đà.
Phần bị động: gồm các chi tiết lắp ghép trực tiếp hoặc gián tiếp với trục bị
động của ly hợp và có cùng tốc độ quay với trục bị động của ly hợp. Phần bị động
gồm trục bị động và đĩa bị động.

Hình 1-4: Sơ đồ cấu tạo đĩa bị động của ly hợp
Phần dẫn động điều khiển ly hợp: gồm các chi tiết điều khiển ly hợp, chúng
gồm cả chi tiết nằm trong phần chủ động nhƣ đòn mở, bạc mở và các chi tiết điều
khiển bạc mở.
Bộ phận tạo lực ép gồm: vỏ ly hợp, lò xo ép, đĩa ép.




6

1.3.2.2. Nguyên lý làm việc của ly hợp ma sát.
Bao gồm hai trạng thái: đóng và mở.

Hình 1-5: Sơ đồ hệ thống ly hợp tổng quát

Trạng thái đóng là trạng thái thƣờng xuyên làm việc của ly hợp. Dƣới tác
dụng của lò xo ép: đĩa ép, đĩa bị động và bánh đà động cơ bị ép sát vào nhau. Khi
đó bánh đà, đĩa bị động, đĩa ép, lò xo ép, vỏ ly hợp quay thành một khối. Mô men
xoắn truyền từ động cơ tới bánh đà, qua các bề mặt ma sát truyền đến moayơ đĩa bị
động tới trục bị động. Ly hợp thực hiện chức năng truyền mô men xoắn từ động cơ
tới hộp số.
Trạng thái mở là trạng thái làm việc không thƣờng xuyên. Khi tác dụng lên
cơ cấu điều khiển kéo đĩa ép di chuyển ngƣợc chiều ép của lò xo, tách giữa các bề
mặt ma sát của đĩa bị động với bánh đà và đĩa ép. Phần chủ động của ly hợp quay
theo động cơ, nhƣng do lực ép không tác dụng lên đĩa ép, bởi vậy không tạo nên ma
sát để truyền mô men xoắn từ phần chủ động sang phần bị động.





7
1.4. HỘP SỐ
1.4.1. Nhiệm vụ, phân loại
1.4.1.1. Nhiệm vụ
 Tạo nên sự thay đổi và số vòng quay của động cơ ở giới hạn rộng phù hợp
với sự thay đổi của các lực cản trên đƣờng.
 Tạo nên chuyển động lùi cho ô tô.
 Có thể ngắt dòng truyền trong một thời gian dài.
1.4.1.2. Phân loại
 Hộp số cơ khí.

 Hộp số tự động.
 Hộp số vô cấp.
1.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hộp số ba cấp số tiến và một số lùi
1.4.2.1. Cấu tạo hộp số loại bánh răng ba cấp số tiến và một số lùi

Hình 1-6: Sơ đồ cấu tạo của hộp số loại ba cấp số tiến và một số lùi
Vỏ: gắn trục sơ cấp (trục dẫn động), trục thứ cấp (trục bị động), trục trung
gian, trục bánh răng lùi, các bánh răng và cơ cấu cài số. Vỏ hộp số đƣợc đúc bằng
gang, có nắp bên trên hoặc bên hông.
Trục sơ cấp: đƣợc đúc bằng thép liền khối với bánh răng chủ động A. Phần
trƣớc có rãnh then hoa ráp vào moayơ đĩa ly hợp. Trục sơ cấp quay tựa trong vòng
bi nơi vách trƣớc vỏ hộp số và gối đầu vào trong vòng bi trung tâm đuôi trục khuỷu.




8
Trục thứ cấp: có phay rãnh dọc, đầu trƣớc gối vào vòng bi đũa ráp trong tâm
bánh răng chủ động A, phần sau tựa lên vòng bi nơi vách sau vỏ hộp số có đầu nhô
ra ngoài để ráp truyền truyền động cac đăng. Trên rãnh dọc trục thứ cấp trƣợt tới lui
hai bánh răng (1) và (2). Trục thứ cấp và sơ cấp đƣợc lắp ráp thẳng hàng với nhau.
Trục trung gian: đƣợc đúc dính một khối với các bánh răng B, (2’), (1’) và
bánh răng lùi. Trục này quay trên hai vòng bi nơi vách trƣớc và sau vỏ hộp số và
cùng quay với trục sơ cấp vì bánh răng B luôn luôn ăn khớp với bánh răng chủ động
A. Bánh răng lùi quay trên một trục riêng và thƣờng xuyên ăn khớp với bánh răng
lùi của trục trung gian.
Cơ cấu sang số: bố trí bên trong nắp phía trên hay bên hông hộp số để cài số
tiến, số lùi và đƣa bánh răng về số (0).
1.4.2.2. Nguyên lý hoạt động của hộp số bánh răng ba cấp số tiến và một số lùi

Hình 1-7: Sơ đồ kết cấu của hộp số bánh răng di động với cơ cấu sang số, các bánh
răng đang ở vị trí số 0
Cài số 1: Các bánh răng đang ở vị trí số 0, gạt tay nắm cần sang số qua trái
và kéo lùi, cần này sẽ dẫn động gắp 1 đi tới cài bánh răng (1) vào bánh răng (1’).
Mô men xoắn từ bánh răng chủ động A truyền qua bánh răng B và trục trung gian
đến bánh răng (1’) lên bánh răng (1) kéo trục thứ cấp quay. Ở cấp số một tỷ số
truyền động đƣợc giảm tốc hai lần: tại đôi bánh răng A-B và (1)-(1’), vì vậy tỷ số
truyền lực lớn nhất trong các cấp số tiến.




9
Cài số 2: Đẩy cần sang số tới trƣớc để tách bánh răng (1) ra khỏi bánh răng
(1’), sau đó gạt qua phải và đẩy tới. Cần số sẽ dẫn động gắp 2 lùi, cài bánh răng (2)
vào bánh răng (2’). Mô men xoắn từ bánh răng chủ động A đến bánh răng B, trục
trung gian, bánh răng (2’) đến bánh răng (2) kéo quay trục thứ cấp. Truyền động
đƣợc giảm tốc một lần.
Cài số 3: Kéo lùi cần số gắp 2 đẩy bánh răng (2) khớp vào mặt sau của bánh
răng chủ động A, trục sơ cấp và thứ cấp đƣợc nối thành một trục duy nhất, mô men
truyền thẳng từ trục sơ cấp đến trục thứ cấp. Đây là cấp số cao nhất.
Cài số lùi: Đẩy cần sang số tới để tách bánh răng (2) ra khỏi bánh răng chủ
động A, sau đó gạt cần sang số qua trái và đẩy tới, gắp 1 sẽ tiến ra phía sau cài bánh
răng (1) vào bánh răng trung gian lùi. Mô men truyền từ bánh răng chủ động A đến
B, đến trục trung gian. Mô men truyền tiếp từ bánh răng lùi của trục trung gian đến
bánh răng trung gian lùi kéo bánh răng (1) và trục thứ cấp quay ngƣợc chiều với
trục sơ cấp.
1.5. CAC ĐĂNG VÀ KHỚP NỐI
1.5.1. Định nghĩa, công dụng và phân loại
1.5.1.1. Định nghĩa

Cac đăng và khớp nối là cơ cấu nối và truyền dẫn mô men giữa hộp số và bộ
vi sai cầu chủ động dƣới góc độ và chiều dài thay đổi liên tục.
1.5.1.2. Công dụng
Truyền tải mô men xoắn từ hộp số đến cầu chủ động để dẫn động bánh xe.
Vì động cơ và hộp số đƣợc gắn cố định hay gần nhƣ cố định trên khung ô tô, trong
khi đó cầu chủ động đƣợc hệ thống treo ô tô bao gồm nhíp và lò xo gá đỡ. Lúc ô tô
nhún nhảy trên mặt đƣờng gồ ghề, góc truyền động của trục truyền thay đổi liên tục,
đồng thời chiều dài của trục cũng thay đổi theo. Truyền động cac đăng phải đƣợc
thiết kế sao cho thích ứng với hai đặc tính trên.
1.5.1.3. Phân loại
Cac đăng khác tốc: tốc độ quay của trục chủ động và bị động khác nhau.
Cac đăng đồng tốc: tốc độ quay của trục chủ động và bị động bằng nhau.




10
1.5.2. Cấu tạo và hoạt động của cac dăng
1.5.2.1. Cấu tạo

Hình 1-8: Sơ đồ cấu tạo trục cac đăng
Gồm có trục chủ động 1 có đầu nạng hình chữ U. Đầu nạng có hai lỗ trục lắp
với đầu trục chữ thập thông qua hai ổ. Trục bị động 2 cũng có đầu nạng và lắp với
hai đầu trục còn lại của trục chữ thập.

Hình 1-9: Sơ đồ cấu tạo trục chữ thập
1. Khoen chặn 2. Núm bơm mỡ 3. Chén đạn kim 5. Mạch mỡ
6. Cổ bạc 7. Che bụi 8. Bạc kim 9. Chạc chữ thập
1.5.2.2. Nguyên lý hoạt động

Hình 1-10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động trục cac đăng
Khi hoạt động trục bị động quay không đều, đồng thời bị dao động mạnh so
với trục chủ động. Sự dao động xảy ra theo chu kỳ dƣới hình thức tăng tốc và giảm
tốc. Cứ mỗi vòng quay, dao động tăng tốc, giảm tốc hai lần. Cƣờng độ dao động
của trục bị động tùy thuộc vào góc lệch giữa trục chủ động với trục bị động, thông
thƣờng cho góc lệch 15
0
hoặc 30
0
.




11
1.6. CẦU CHỦ ĐỘNG
Cầu chủ động gồm truyền lực chính và vi sai.

Hình 1-11: Cấu tạo bộ vi sai
1.6.1. Nhiệm vụ, phân loại
1.6.1.1. Nhiệm vụ
* Nhiệm vụ của truyền lực chính
- Đảm nhận tỷ số truyền lớn, tăng mô men quay cho bánh xe, tạo nên số
vòng quay tối ƣu cho chuyển động ô tô trong khoảng tốc độ của ô tô yêu cầu.
- Tạo nên chiều quay thích hợp giữa bánh xe và HTTL.
* Nhiệm vụ của vi sai
- Thực hiện sự sai lệch tốc độ quay các trục bánh xe khi chuyển động trên
đƣờng vòng, đƣờng gồ ghề (hai bánh xe quay với tốc độ khác nhau) đảm bảo dễ
dàng điều khiển hƣớng chuyển động và không mài mòn lốp xe.
- Hạn chế trƣợt quay ở bánh xe, khi chênh lệch tốc độ góc giữa các bánh xe trên

cùng một cầu, tạo điều kiện tận dụng lực bám và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu.
1.6.1.2. Phân loại
* Phân loại cầu chủ động
Phân loại theo hệ thống treo:
- Cầu chủ động trên hệ thống treo phụ thuộc tất cả các cụm của cầu xe, bán
trục nằm chung trong một vỏ cứng nối liền giữa hai bánh xe.
- Cầu chủ động nằm trên hệ thống treo độc lập cụm truyền lực chính, vi sai
nằm trong vỏ riêng liên kết với khung hay vỏ ô tô.




12
Phân loại theo vị trí của cầu:
- Cầu trƣớc chủ động.
- Cầu sau chủ động.
Phân loại theo số lượng cặp bánh răng truyền lực chính:
- Một cặp bánh răng có tỷ số truyền cố định.
- Hai cặp bánh răng có tỷ số truyền cố định.
* Phân loại truyền lực chính
- Bánh răng côn xoắn (răng cong), với ba dạng răng: dạng Gleason, dạng
Klingelberg, và dạng Spiromatic.
- Bánh răng hypoit.
* Phân loại vi sai
Phân loại theo cấu trúc bánh răng:
- Bánh răng côn thẳng.
- Bánh răng trụ.
- Trục vít bánh vít.
- Cam.
Phân loại theo ma sát trong:

- Vi sai ma sát trong thấp.
- Vi sai có ma sát trong cao.
- Khóa cứng vi sai.
Phân loại theo khả năng điều khiển ma sát trong đối với bộ vi sai.
- Điều khiển bằng tay từ ngoài bằng hệ thống cơ khí.
- Điều khiển từ ngoài bằng hệ thống điện.
- Tự động điều khiển (tự điều khiển bên trong cơ cấu).
1.6.2. Cấu tạo cầu chủ động
Hai bánh xe chủ động liên kết với bánh răng hành tinh qua hai bán trục. Bọc
vi sai chứa đựng các bánh răng hành tinh, hộ tinh và quay độc lập trên hai bán trục
nhờ các vòng bi tựa bên trong vỏ cầu chủ động. Xuyên ngang giữa bọc vi sai là trục