Xem mẫu
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHÚ XUÂN
TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ LAI (HYBRID)
TRÊN Ô TÔ VÀ XE MÁY
(Tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành CNKT Ô tô)
Biên soạn: ThS. Nguyễn Quân.
Khoa: Công Nghệ Kỹ thuât.
Trường ĐH Phú Xuân Huế
Huế, tháng 06 năm 2021
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
MỤC LỤC:
2
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
MỞ ĐẦU
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói
chung không giống nhau nhưng đều có xu thế chung là cơ giới hoá quãng
đường dịch chuyển. Sự gia tăng mật độ phương tiện giao thông dẫn đến
hai vấn đề lớn cần giải quyết đó là sự quá tải của cơ sở hạ tầng và ô
nhiễm môi trường. Sự phát triển ngành giao thông vận tải của hầu hết các
nước đều được thực hiện theo định hướng làm giảm nhẹ sự tác động của
hai vấn đề này đến kinh tế xã hội.
Giảm tải cho cơ sở hạ tầng:
Giải quyết vấn đề này một mặt liên quan đến công tác qui hoạch đô thị,
nâng cấp hệ thống giao thông, mở rộng đường, thiết kế tốt các nút giao
thông, xây dựng các bãi đậu xe... và mặt khác, cần phải lựa chọn loại
phương tiện giao thông phù hợp. Mặt thứ nhất của vấn đề là trách nhiệm
của các cấp chính quyền quốc gia. Còn đối với trách nhiệm của một người
nghiên cứu khoa học thì nhiệm vụ cần quan tâm là phải xem xét đến mặt
thứ hai của vấn đề, nghiên cứu đề xuất loại phương tiên giao thông hợp lý
với cơ sở hạ tầng đô thị.
Trong điều kiện cơ sở hạ tầng phục vụ cho giao thông ở nước ta chưa
được phát triển, nhà ở thành phố chật hẹp, chỗ đậu xe chưa được xây
dựng, việc sử dụng các loại phương tiện giao thông cá nhân cỡ lớn như ô
tô du lịch từ 4 đến 12 chỗ sẽ gây nhiều phiền hà cho công tác tổ chức giao
thông cũng như cho người sử dụng. Vì vậy nhiệm vụ đặt ra cho các cơ
quan quản lý giao thông là khuyến khích người dân sử dụng những loại
phương tiện vận chuyển cá nhân thích hợp như ô tô kích cỡ nhỏ 2 chỗ ngồi
hoặc xe gắn máy, trong đó xe gắn máy là phương tiện giao thông được
3
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
người dân ưa chuộn nhất hiện nay ở nước ta. Mặt dù đây chưa phải là
phương tiện chiếm mật độ giao thông bé nhất (sau xe buýt) nhưng rất phù
hợp với điều kiện sử dụng ở Việt Nam do tính cơ động cao, dễ cất giữ,
tiêu thụ nhiên liệu ít và giá cả phù hợp với túi tiền của đại đa số người dân
lao động.
Phát triển nguồn động lực sạch:
Hiện nay, phương tiện giao thông là một trong những tác nhân lớn gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng. Do đó, yêu cầu cấp bách đặt ra cho các
nhà nghiên cứu là phải tìm ra nguồn động lực sạch không gây ô nhiễm
(zero emission) để trang bị cho phương tiện giao thông. Ngoài ra, do nguy
cơ nguồn dầu mỏ sẽ bị cạn kiệt trong một tương lai gần nên cũng đòi hỏi
con người cần phải tìm ra những nguồn năng lượng mới thay thế cho dầu
mỏ hoặc ít ra cũng cần phải cải tiến động cơ nâng cao hiệu suất để tiết
kiệm năng lượng. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm
gần đây như:
Tập trung hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel.
Cải tiến quá trình cung cấp nhiên liệu và đánh lửa trên động cơ xăng.
Sử dụng các loại nhiên liệu thay thế như: LPG (Liquid Petroleum Gas),
khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng
lượng mặt trời.
Nguồn động lực lai (hybrid) điện nhiệt.
Tất cả các giải pháp trên đều có những ưu và nhược điểm riêng. Trong
đó, hai giải pháp được đánh giá tốt nhất hiện nay là loại động cơ sử dụng
pin nhiên liệu FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle) và động cơ lai điện nhiệt
HSD (Hybrid Synergy Drive) do hãng TOYOTA đề xuất. Đối với động cơ
FCHV, nó có ưu điểm là hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường nhưng
4
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
nhiên liệu cung cấp cho nó là khí hydrogen có giá thành rất cao, còn động
cơ HSD thì tuy đã giảm đáng kể khả năng gây ô nhiễm môi trường, hiệu
suất cao nhưng do sử dụng xăng nên nó còn phụ thuộc rất nhiều vào nguồn
cung cấp dầu mỏ. Động cơ Diesel cải tiến tuy hạn chế tối đa phát thải khí
gây ô nhiễm môi trường và hiệu suất cao nhưng nó cũng không phải là
động cơ đầy hứa hẹn trong tương lai vì loại động cơ này vẫn phải sử dụng
nhiên liệu từ nguồn dầu mỏ. Động cơ sử dụng nhiên liệu khí hoá lỏng LPG
đang phát huy nhiều ưu điểm như trữ lượng LPG trên trái đất là còn dồi
dào, hiệu suất tương đối cao và ít gây ô nhiễm môi trường nhưng nó vẫn
còn có nhược điểm là vấn đề nạp lại nhiên liệu gặp nhiều khó khăn.
Một xu hướng rất nổi bậc hiện nay là sử dụng nguyên lý lai (hybrid)
cho nguồn động lực sử dụng trên phương tiện giao thông vận tải. Động cơ
lai sẽ kết hợp được ưu điểm của hai động cơ thành phần và hạn chế
những nhược điểm của chúng nên tạo ra được hiệu suất tổng hợp rất cao
và đồng thời giảm thiểu phát thải khí gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy mà
công nghệ lai đã được các nhà sản xuất ô tô trên thế giới tập trung nghiên
rất nhiều trong những năm gần đây.
5
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Chương 1:
TỔNG QUAN
1.1. Xu hướng phát triển xe gắn máy lai (hybrid) trên thế giới:
1.1.1. Piaggio hybrid scooter:
Đối với các hãng sản xuất xe máy, công nghệ lai (Hybrid) quả thực là
một vấn đề khó khi áp dụng trên những mẫu xe máy thương mại mang tính
chất phổ thông. Ngoài việc có chi phí sản xuất cao, việc đưa ra giải pháp
sử dụng động cơ điện và động cơ đốt trong có thể phối hợp nhịp nhàng và
mang lại hiệu quả cao khi vận hành luôn là một bài toán khó, đòi hỏi tư duy
sáng tạo và công nghệ vượt thời gian của những nhà sản xuất. Chính vì
vậy trong thời điểm hiện tại, những mẫu xe máy Hybrid mỗi khi xuất hiện
chưa thể là một giải pháp hoàn hảo cho các phương tiện di chuyển cá nhân,
thế nhưng nó lại mang ý nghĩa lớn về trình độ và đẳng cấp của từng hãng
xe.
Nhà sản xuất xe máy Italia Piaggio sẽ trở thành công ty đầu tiên trang
bị hệ truyền động hybrid cho xe scooter (xe hai bánh thiết kế dành cho quý
bà). Mới đây, hãng thông báo kế hoạch phát triển những phiên bản hybrid
dành cho Vespa LX, Piaggio X8 và chiếc scooter 3 bánh Vespa MP3.
6
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Hình 11: Động cơ lai HyS Vespa LX.
Hệ truyền động lai mang tên HyS (Hybrid Scooter) có thể vận hành ở
chế độ chỉ động cơ điện hoặc ở chế độ kết hợp (hybrid) giữa động cơ
xăng với động cơ điện. Piaggio HyS là hệ thống lai song song trong đó một
động cơ đốt trong và một động cơ điện tích hợp vào vỏ động cơ chung và
đồng thời cũng được điều khiển chung bằng một hệ thống điện tử. Cả hai
động cơ này đồng thời cung cấp năng lượng cho bánh sau bằng bộ truyền
động đai vô cấp. Hệ thống điều khiển điện tử kết hợp hai động cơ nhằm
đem lại khả năng tăng tốc nhanh hơn và giúp giảm đáng kể việc tiêu thụ
nhiên liệu (1,67 lít / 100km), ngoài ra khí thải C02 chỉ còn 40g/km khi sử
dụng 65% chế độ hybrid và 35% chế độ điện. HyS cũng sử dụng hệ thống
phanh tái sinh giúp thu hồi năng lượng thường xuyên bị mất đi trong quá
trình phanh. Ngoài ra, dòng scooter này còn có thể nạp lại ắc quy từ nguồn
điện sinh hoạt 220V. Hộp số tự động, hệ thống đánh lửa điện tử và khởi
động tự động giúp người sử dụng dễ dàng vận hành xe trong đô thị cũng
như ở vùng ngoại thành.
7
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Hình 12: Động cơ lai HyS Vespa MP3.
Piaggio HyS sử dụng giải pháp công nghệ vô cùng tân tiến và phức tạp
nhưng vẫn dễ sử dụng. Một công tắc dùng để chọn một trong các chế độ
vận hành: hybrid hoặc điện. Trong chế độ kết hợp, HyS điều khiển công
suất đầu ra từ hai động cơ xăng và điện, thông qua hệ thống điều khiển
điện tử (SGE) nhằm tăng công suất và chọn tỷ số truyền phù hợp với trạng
thái vận hành của xe. Suốt quá trình giảm tốc độ và phanh, hệ thống điều
khiển thu hồi công suất bị mất và nạp vào ắc quy. Công nghệ truyền động
điện tử không chỉ cho phép hệ thống điều khiển kiểm soát năng lượng đầu
ra được kết hợp của hai động cơ mà còn điều khiển động cơ nhiệt vận
hành ở chế độ có hiệu suất cao nhất, vì vậy giảm mức tiêu thụ nhiên liệu
và khí thải gây ô nhiễm môi trường. Tất cả những thông tin về công nghệ
này vẫn còn nằm trong vòng bí mật. Dự kiến, ba phiên bản đầu tiên của
Piaggio HyS sẽ là Vespa LX, Piaggio X8 và MP3 ba bánh. Theo thông tin
ban đầu, HyS sử dụng một động cơ xăng xy lanh đơn, 4 kỳ làm mát bằng
chất lỏng, có dung tích 125cm3, công suất cực đại 11kW ở số vòng quay
8.500 vòng/phút, kết hợp với một động cơ điện có công suất cực đại
2,6kW, sử dụng bộ nguồn ắc quy Lithiumion gồm 3 bình 12V26AH. Trên
phiên bản X8 và MP3, ắc quy được dấu vào ngăn đựng hành lý dưới yên
xe, tuy nhiên, khoảng không này vẫn đủ lớn để đặt mũ bảo hiểm. Mẫu
Vespa LX hybrid, khoảng không gian phía dưới yên xe chỉ dùng để chứa ắc
quy, cốp đựng hành lý và mũ bảo hiểm sẽ được bố trí ở phía trên sau đuôi
xe. Trên bản điều khiển ở tay lái xe có lắp đặt một đồng hồ báo tình trạng
8
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
lưu trữ điện của ắc quy. Thời gian một lần nạp lại đầy bộ nguồn ắc quy
bằng lưới điện 220V là khoảng 3 giờ. Tổng trọng lượng toàn bộ động cơ
và ắc quy của hệ thống HyS là khoảng 30kg.
1.1.2. Yamaha HVX Hybrid Scooter:
Được giới thiệu tại triển lãm Tokyo Motor Show 2009, Yamaha HVX
được xem như mẫu xe máy hybrid có tính thực tế cũng như khả năng vận
hành hoàn hảo trong mọi điều kiện sử dụng. Yamaha HVX Hybrid được
trang bị một động cơ điện 300V, công suất tối đa 15kW với bộ ắc quy loại
Lithiumion và động cơ đốt trong xy lanh đơn, 4 kỳ, 250cm3 với bộ truyền
động đai vô cấp dẫn động đến bánh xe sau chủ động.
Hình 13: Sơ đồ cấu tạo xe Yamaha HVX Hybrid Scooter.
9
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Hình 14: Yamaha HVX Hybrid Scooter.
Yamaha HVX Hybrid có cách bố trí các bộ phận trong hệ thống động
lực khá phức tạp. Tại vị trí đặt bình chứa nhiên liệu truyền thống là một
hệ thống bộ nguồn ắc quy cỡ lớn và hệ thống điều khiển điện tử trung
tâm (IC điều khiển). Trong khi đó, bình chứa nhiên liệu dành cho động cơ
đốt trong được chuyển xuống phía đuôi xe. Phía dưới bộ vỏ nhựa là những
chi tiết động cơ phức tạp được sắp xếp dày đặc trên khung xe. Hệ thống
động cơ xăng và động cơ điện của HVX được điều khiển chung bằng bộ
IC trung tâm. Trong điều kiện xe vận hành ở tốc độ đều hoặc tăng giảm
tốc nhẹ (chậm), hệ thống điều khiển điện tử sẽ kích hoạt động cơ điện và
ngắt hệ thống động cơ xăng giúp chiếc xe vận hành ở chế độ êm dịu, tiết
kiệm nhiên liệu. Trong khi đó, khi xe cần vận hành ở công suất tối đa như
leo dốc hoặc vận hành trên đường cao tốc, hệ thống điều khiển trung tâm
sẽ kích hoạt cả hai hệ thống động cơ xăng và động cơ điện cùng hoạt
động. Như vậy, có thể nhận thấy rõ mục đích sử dụng của từng kiểu động
cơ trong hệ thống truyền động lai này là: động cơ điện sẽ được dùng chủ
yếu, thường xuyên trong quá trình xe chạy và khi đi đường trường hoặc
vượt dốc thì động cơ xăng mới hoạt động. Ngoài ra, khi nguồn điện của ắc
quy đã hết, xe có thể chạy bằng động cơ xăng như một chiếc xe máy bình
thường khác.
Hiện tại Yamaha mới chỉ dừng lại ở việc giới thiệu sơ bộ về mẫu xe
tay ga đặc biệt này. Tuy nhiên với những hình ảnh được Yamaha công
chiếu trong dịp triển lãm Tokyo Motor Show 2009, chiếc xe được giới
chuyên môn và những người đam mê xe máy đánh giá cao. Mặc dù vậy,
10
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Yamaha vẫn tuyên bố giữ kín thông tin kỹ thuật cũng như nói về tương lai
của mẫu xe này.
1.1.3. Honda Hybrid Scooter:
Ngày 24 tháng 8 năm 2004, Honda đã giới thiệu mẫu xe lai đầu tiên
kiểu dáng “scooter” với khả năng giảm khí thải gây ô nhiểm môi trường và
tiết kiệm nhiên liệu. Xe lai này kết hợp hoạt động của một động cơ đốt
trong phun xăng điện tử 50cm3 và một động cơ điện kiểu xoay chiều đồng
bộ gắn trực tiếp vào bánh sau của xe. Hệ thống sử dụng một bình ắc quy
niken hyđrua kim loại (NiMH) để lưu trữ năng lượng. Khi chạy trên
đường bằng phẳng trong thành phố, một mình động cơ điện sẽ dẫn động
xe chạy với tốc độ đạt 30 km/h. Khi cần lực phát động lớn như tăng tốc
hoặc lên dốc thì động cơ đốt trong sẽ kết với động cơ điện thông qua bộ
truyền động đai vô cấp để tăng thêm công suất kéo. Để tận dụng năng
lượng, khi xe giảm tốc hoặc xuống dốc thì động cơ điện sẽ trở thành máy
phát điện nạp điện vào ắc quy. Mẫu xe này có hiệu suất rất cao và giảm
được 37% nồng độ CO trong khí thải so với xe gắn máy cùng công suất.
Hình 15: Honda hybrid Scooter.
11
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
1.1.4. eCycle Hybrid:
Xe eCycle nhìn bên ngoài trông giống như một chiếc xe mô tô thể thao
với động cơ 250cm3 chạy xăng, ngoại trừ tốc độ và công suất cực đại mà
nó đạt được. Khối hybrid của eCycle đạt được công suất 42V x 400A =
16.800W đối với động cơ điện và 12.000W đối với động cơ xăng bốn kỳ
hai xy lanh có dung tích 250cm3. Khối lưu trữ điện của chiếc xe này bao
gồm ba ắc quy 14V. Khả năng tăng tốc từ 0100 km/h trong thời gian 6 giây
và tốc độ tối đa 120km/h. Tiêu thụ nhiên liệu đạt 50km/lít với lượng phát
sinh khí thải gây ô nhiễm là rất thấp.
Cać chuyên gia hang ̣ cơ hybrid cung
̀ đâù về đông ̉ đinh
̃ khăng ̣ răng,
̀
eCycle hybrid là chiếc xe máy rất hiện đại với loại vật liệu sử dụng có
trọng lượng rất nhẹ, hạn chế khí thải gây ô nhiễm môi trường và khả năng
hãm tái sinh năng lượng đạt hiệu quả cao. Kết cấu nhẹ của eCycle đều
dựa trên một bộ phận trung tâm, nơi đặt động cơ đốt trong, động cơ điện,
máy phát, ắc quy và các bộ phận của hệ truyền động là khung xe được chế
tạo bằng hợp kim nhôm đặc biệt. Hệ thống lái và bộ giảm xóc lò xo để
trần mang đến hình ảnh thể thao cho chiếc xe này. Hệ thống treo phía
trước là dạng càng đơn nằm ngang với một tay đòn lắp một cách chắc
chắn với khung trung tâm. Các bánh xe mâm đúc bằng nhôm đường kính
40cm, hộp số hai cấp tốc độ điều khiển tự động và được dẫn động bằng
xích để truyền mô men xoắn ra bánh xe sau. Tự trọng của xe máy eCycle
hybrid đạt khoảng 100kg.
12
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Hình 16: Xe máy eCycle hybrid.
1.1.5. FA 801 (Hybrid 80cm3 500W):
Công ty sản xuất xe gắn máy FUSEN của Thái Lan đã cho ra đời mẫu
xe mô tô lai (hybrid) được kết hợp từ một động cơ điện 500W và một động
cơ đốt trong 80cm3. Khi xe chạy từ 0 34km/h, động cơ điện sẽ hoạt động.
Khi xe đạt tốc độ 35km/h, hộp điều khiển điện tử sẽ khởi động động cơ
đốt trong và ngắt động cơ điện, lúc này động cơ đốt trong sẽ thay thế động
cơ điện để cung cấp sức kéo cho xe chạy. Khi tốc độ xe thấp hơn 35km/h,
hệ thống điều khiển sẽ giúp xe tự động chuyển sang hoạt động bằng động
cơ điện. Trên tay lái của xe có nút chọn chế độ chạy xe ở 2 trạng thái: chế
độ chạy điện và chế độ chạy lai (hybrid). Loại xe này có các ưu điểm:
Tiết kiệm nhiên liệu và giảm sự ô nhiễm môi trường khi chạy ở chế độ lai.
Hoạt động êm và không ô nhiễm môi trường khi chạy ở chế độ xe điện.
Giá thành thấp.
Các đặc tính kỹ thuật của xe:
Công suất động cơ điện: 500W có thể kéo xe chạy đạt 50km/h, quãng
đường xe chạy hết bình ắc quy là 90km.
Nguồn ắc quy: 12V17AH x 4bình, nạp lại với 1,8A trong thời gian 6 giờ.
Tốc độ cực đại của xe đạt: 90km/h.
13
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Hình 17: Cấu tạo của xe Fusen FA801 hybrid.
1.2. Một số kiểu truyền động lai (hybrid) điển hình trên ô tô:
Trong thời gian gần đây, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu trên thế giới
như Toyota, Honda, Isuzu, Mercedes, BMW, Fiat, . . . đã tung ra thị trường
những thế hệ ô tô mới có hiệu suất cao và giảm đáng kể lượng chất thải
gây ô nhiểm môi trường được gọi là “ô tô lai” (Hybrid Car). Có thể nói,
công nghệ lai là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của ngành
sản xuất ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô
14
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
sinh thái (the ultimate ecocar). Xu hướng phát triển của ngành ô tô trên thế
giới được mô tả như ở hình 18.
Hình 18: Xu hướng phát triển nguồn động lực của ô tô trên thế giới.
Từ hình 18 ta nhận thấy, một thế hệ ô tô mới ra đời có liên quan trực
tiếp đến việc cải tiến hoặc thay đổi loại động cơ lắp đặt trên nó. Có thể
phân ra làm 4 nhóm động cơ chính được dùng làm nguồn động lực cho ô tô
là động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ điện và động cơ sử dụng năng
lượng thay thế như động cơ sử dụng khí đốt hoá lỏng LPG (Liquid
Petroleum Gas) hoặc LNG (Liquid Nature Gas). Động cơ xăng và diesel
15
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
được xem là hai loại động cơ truyền thống với ưu điểm nổi trội hơn các
loại động cơ khác là việc cung cấp nhiên liệu đơn giản và nhanh chóng.
Tuy nhiên hiệu suất của nó thì không cao và đồng thời gây ô nhiểm môi
trường lớn nhất. Hai loại động cơ này đã được cải tiến qua nhiều thế hệ
và đã trở nên rất hiện đại, nhưng đứng trước nguy cơ cạn kiệt của nguồn
dầu mỏ, có thể nói động cơ chạy bằng xăng dầu truyền thống không có
triển vọng phát triển trong tương lai. Động cơ điện và động cơ khí ga (LPG
hoặc LNG) tuy hiện nay còn có một số hạn chế nhất định nhưng đây là hai
loại động cơ có nhiều ưu điểm có thể thay thế hai loại động cơ truyền
thống trong những năm tới. Trong những năm gần đây, một thế hệ động cơ
mới được tạo ra từ động cơ xăng và động cơ điện được gọi là động cơ lai
(Hybrid Engine) được lắp đặt thành công trên xe du lịch đời mới của các
hãng như Toyota, Honda, Isuzu, Mercedes, BMW, Fiat, . . . Động cơ lai đã
phát huy ưu điểm và đồng thời hạn chế nhược điểm của mỗi loại động cơ
thành phần. Đây là loại động cơ được xem là tốt nhất hiện nay.
Trên hình 18, vị trí sắp xếp của các thế hệ động cơ theo chiều cao thể
hiện thời điểm ra đời của nó, còn các chỉ số kèm theo chỉ thứ tự xếp loại
theo ưu điểm của mỗi loại động cơ. Rõ ràng, động cơ lai xăng điện vận
hành hiệp trợ HSD (Hybrid Synergy Drive) được xếp loại là loại động cơ
có ưu điểm đứng đầu hiện nay. Động cơ HSD được hãng sản xuất ô tô nổi
tiếng thế giới Toyota thiết kế và chế tạo sử dụng trên xe ô tô du lịch Prius
nên còn được gọi là động cơ THS II (Toyota Hybrid System II).
1.2.1. Hệ thống lai của Toyota (Toyota Hybrid System II):
Hệ thống gồm có hai loại nguồn công suất, một động cơ xăng hiệu
suất cao sử dụng chu trình nhiệt Atkinson, là một chu trình tỷ số nén cao
kết với một động cơ điện đồng bộ xoay chiều (AC) nam châm vĩnh cửu,
16
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
một máy phát, nguồn ắc quy Niken Hydrua kim loại (Ni MH) hiệu suất
cao và một điều khiển công suất. Bộ điều khiển công suất này có thiết kế
một mạch điện tăng áp cao để nâng điện áp của hệ thống cung cấp công
suất cho động cơ điện và máy phát đến một điện áp cao đạt 500V, ngoài ra
một bộ biến đổi ACDC để chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) sử
dụng trên động cơ điện và máy phát thành dòng điện một chiều (DC) lưu
trữ trên nguồn ắc quy và ngược lại. Một bộ phận quan trọng khác nữa là
bộ phân chia công suất sử dụng cơ cấu vi sai, nhằm phân phối mô men
quay từ động cơ xăng đến động cơ điện và máy phát một cách tối ưu theo
mọi chế độ vận hành của ô tô. Bộ điều khiển công suất tự động điều
khiển một cách chính xác những hoạt động của động cơ xăng, máy phát và
động cơ điện sao cho chế độ làm việc đạt được hiệu suất cao nhất.
Nguyên lý hoạt động của động cơ THS II được chia thành sáu chế độ đặc
trưng và được mô tả như sau:
Hình 19: Đường truyền công suất ở tốc độ thấp và chạy bình thường
17
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Khởi hành từ tốc độ thấp tới trung bình: Động cơ xăng không hoạt
động vì ở vùng tốc độ này hiệu suất nhiệt thấp, lúc này xe chỉ chạy bằng
động cơ điện như mô tả ở hình 19 với dòng truyền công suất "A".
Vận hành ở điều kiện bình thường: Công suất của động cơ xăng được
bộ vi sai phân phối công suất chia thành hai phần, một phần làm quay máy
phát tạo ra dòng điện cung cấp cho động cơ điện (dòng "B"), phần còn lại
của công suất được truyền động trực tiếp đến bánh xe chủ động (dòng
"C"). Tỷ lệ độ lớn của mỗi dòng công suất "B" và "C" phụ thuộc vào tỉ số
truyền trên mỗi nhánh của bộ vi sai. Sự phân phối công suất theo nguyên lý
này giúp động cơ xăng luôn chạy ở tốc độ quay cao nhưng sức kéo đáp ứng
được yêu cầu của lực cản khi xe chạy. Nhờ tránh được vùng làm việc ở
tốc độ quay thấp nên động cơ xăng có hiệu suất cao và giảm nồng độ khí
thải gây ô nhiễm môi trường. Một phần công suất dư thừa của động cơ
xăng được máy phát thu nhận và nạp điện cho ắc quy lưu trữ để sử dụng
khi cần.
Gia tốc đột ngột: Khi đạp ga đột ngột, hệ thống điều khiển sử dụng
hết công suất phát ra của động cơ xăng theo dòng "B" và "C", đồng thời
nhận thêm dòng điện từ ắc quy để tăng công suất cho động cơ điện theo
dòng "A".
18
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Hình 110: Đường truyền công suất khi tăng tốc và khi giảm tốc
Giảm tốc độ hoặc phanh lại: Động cơ xăng ngừng hoạt động, động
cơ điện đóng vai trò là một máy phát nhận công suất từ các bánh xe (động
năng quán tính) và tạo ra dòng điện cao áp nạp lại cho ắc quy theo dòng
"D".
Hình 111: Đường truyền công suất khi nạp điện và động cơ THS II
Tự nạp lại nguồn ắc quy: Khi dung lượng điện chứa trong ắc quy còn
thấp hơn mức cho phép, động cơ xăng sẽ được kích hoạt chạy và kéo máy
phát điện để tự nạp lại ắc quy theo dòng "E".
Dừng xe: Động cơ xăng và động cơ điện tự động dừng.
Hệ thống lai THS II (HSD) có bốn đặc trưng sau:
Giảm mất mát năng lượng: Hệ thống tự động tắt động cơ xăng khi xe
dừng để giảm bớt sự lãng phí năng lượng khi động cơ chạy không tải.
Khôi phục và sử dụng lại năng lượng: Năng luợng mà bình thường bị
biến thành nhiệt trong suốt thời gian giảm tốc độ và phanh đã được
khôi phục thành năng lượng điện nạp lại cho nguồn ắc quy.
19
- Tìm hiểu về công nghệ lai (hybrid) trên ô tô xe máy ThS. Nguyễn Quân
Động cơ điện hỗ trợ tăng tốc: Động cơ điện cùng kết hợp với động
cơ xăng nhằm tăng công suất trong suốt quá trình gia tốc.
Điều khiển hoạt động hiệu suất cao: Động cơ điện hoạt động chủ
yếu ở tốc độ thấp và động cơ xăng hoạt động chính ở tốc độ cao nhờ
đó mà khắc phụ được nhược điểm của động cơ xăng khi chạy ở tốc
độ thấp.
Thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống lai THS II (HSD) như sau:
Động cơ xăng 4 kỳ; 4 xi lanh; tổng dung tích xi lanh 1,5 lít; công suất
cực đại 57kW ở số vòng quay 5000 vòng/phút.
Động cơ điện xoay chiều đồng bộ công suất 50kW, hiệu điện thế
500V.
Ắc quy: Nickelmetal hydride (NiMH), hiệu điện thế 500V100AH.
1.2.2. Hệ thống lai của Honda Hybrid:
Hệ thống lai mới nhất hiện nay của Honda được thiết kế cho ô tô du
lịch NEW INSIGHT, kiểu động cơ iVTEC 3Stage IMA ( Integrated Motor
Assist). Đây là hệ thống lai kiểu kết hợp song song giữa động cơ xăng và
động cơ điện. Động cơ xăng là loại 4 kỳ 4 xi lanh, dung tích xi lanh 1.3 lít,
công suất 65kW ở số vòng quay 5.800 vòng/phút, hệ thống phân phối khí sử
dụng công nghệ iVTEC 3Stage với ba chế độ điều khiển xu páp: đóng
hoàn toàn tất cả các xu páp ở trạng thái nghỉ, đóng mở bình thường và đóng
mở tăng cường khi chạy ở tốc độ cao. Động cơ điện là loại một chiều
không chổi than (DC brushless motor), hiệu điện thế 100V, công suất 10kW
ở số vòng quay 1.500 vòng/phút. Bộ nguồn ắc quy là loại NiMH (Nickel
Metal Hydride), dung lượng 100V200AH. Cả động cơ xăng và động cơ
điện được kết hợp nối cứng với nhau và cùng truyền mô men xoắn đến
bánh xe chủ động thông qua bộ truyền động đai vô cấp. Động cơ điện
20
nguon tai.lieu . vn
