Biên soạn bài giảng mô hình hệ thống điện động cơ ôtô Toyota Prius

Hệ thống mới này sản sinh nhiều công suất hơn từ cả động cơ xăng và Motor điện, giúp khả năng tăng tốc của Prius có thể so sánh với dòng xe cỡ trung 4 xi-lanh.. Điểm ưu việt của Hybrid S

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

BIÊN SOẠN BÀI GIẢNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ÐIỆN

ÐỘNG CƠ ÔTÔ TOYOTA PRIUS

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016

S K L 0 0 4 4 6 5

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

GVHD : PGS.TS ÐỖ VĂN DŨNG SVTH : NGUYỄN PHẠM VŨ HOÀI 12145065 NGUYỄN VĂN HỚN 12145264

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Trang 2

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Trang 3

1 Tên đề tài: Biên Soạn Bài Giảng Mô Hình Hệ Thống Điện Động Cơ Ôtô

TOYOTA PRIUS

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

 Tài liệu hãng Toyota về hệ thống điện động cơ, động cơ ô tô Toyota Prius

 Mô hình dạy học Toyota Prius tại xưởng động cơ – khoa CKĐ

 Tài liệu online

3 Nội dung thực hiện đề tài:

 Tìm hiểu về công nghệ hybrid trên ô tô

 Thu thập tài liệu về động cơ và hệ thống điện động cơ Toyota 1NZ-FXE

 Kỹ thuật truyền động; điện điều khiển phân phối công suất ô tô Toyota Prius

 Biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng

 Viết thuyết minh

4 Sản phẩm:

 01 quyển thuyết minh đồ án

 01 đĩa CD thuyết minh đồ án

TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: MSSV:

MSSV:

Ngành:

Tên đề tài:

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm: (Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 07 năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*******

Trang 5

iv

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: MSSV:

MSSV:

Ngành:

Tên đề tài:

Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm: (Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 07 năm 2016

Giáo viên phản biện

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*******

Trang 6

v

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và làm đồ án tốt nghiệp tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ

Thuật TP Hồ Chí Minh, chúng em đã được học hỏi và tiếp thu nhiều kiến thức quý

báu và những lời chỉ dẫn nhiệt tình từ tất cả quý Thầy Cô

Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn Thầy Đỗ Văn Dũng đã cung cấp tài liệu

cũng như tận tình chỉ dạy, hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Xin chân thành cám ơn tất cả các quý Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực,

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật đã tận tình chỉ

dẫn, trực tiếp giúp đỡ những vấn đề khó khăn trong lúc thực hiện

Và cuối cùng, xin cảm ơn sự đóng góp ý kiến của tất cả các bạn sinh viên Khoa

cơ khí động lực và Ngành công nghệ kỹ thuật ô tô thuộc khoa Đào tạo chất lượng

cao, và đặc biệt là các bạn trong lớp 12145CLC để nhóm thực hiện chúng em hoàn

Trang 7

vi

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv

LỜI CẢM ƠN v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC HÌNH ẢNH xi

TÀI LIỆU THAM KHẢO xvi

CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu 2

1.4 Các bước thực hiện 2

1.5 Kế hoạch nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 3

2.1 Khái quát về Hybrid 3

2.2 Các thế hệ của Toyota Prius 4

2.3 Phân loại ô tô Hybrid 6

2.4 Các chế độ hoạt động của Toyota Prius 8

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH 12

3.1 Tổng quan các chi tiết trên mô hình 12

3.2 Vị trí hộp rơle và hộp cầu chì 16

3.3 Động cơ 1NZ –FXE 23

3.4 Các cảm biến trên động cơ 1NZ-FXE 25

3.5 Bộ chấp hành 25

3.6 Các yêu cầu khi sử dụng mô hình 25

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 26

4.1 ECM 27

4.2 Các loại cảm biến trong hệ thống điều khiển động cơ 27

4.3 Mạch nguồn 35

4.4 Hệ thống đánh lửa 36

4.5 Hệ thống nhiên liệu 37

4.6 Hệ thống tự chẩn đoán OBD II 39

4.7 Hệ thống nạp nhiên liệu điện tử VVT-I 42

Trang 8

vii

4.8 Hệ thống làm mát động cơ 45

CHƯƠNG 5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ HYBRID 46

5.1 ECU HV 47

5.2 Giao tiếp giữa ECM và ECU HV 47

5.3 ECU điều khiển trượt 48

5.4 Các loại cảm biến trong hệ thống điều khiển động cơ Hybrid 49

5.5 Nguồn cao áp(Ắc quy HV) 53

5.6 Ắc quy phụ 54

5.7 SMR(Rơle chính của hệ thống) 55

5.8 ECU Ắc quy 56

5.9 Cụm chuyển đổi điện(INVERTER) 56

5.10 Cụm truyền động Hybrid 58

5.11 Dây điện áp cao 63

5.12 Công tắc chế độ EV 63

CHƯƠNG 6 BÀI GIẢNG THỰC HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 64

1 Kiểm tra Điện áp 67

2 Kiểm tra Mạch cấp nguồn 70

3 Kiểm tra Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 72

4 Kiểm tra Cảm biến nhiệt độ khí nạp 75

5 Kiểm tra Cảm biến lưu lượng khí nạp 78

6 Kiểm tra Cảm biến vị trí bướm ga 80

7 Kiểm tra Tín hiệu G, NE 82

8 Kiểm tra Cảm biến ôxy 85

9 Kiểm tra Cảm biến tỷ lệ A/F 87

10 Kiểm tra Cảm biến kích nổ 89

11 Kiểm tra Hệ thống đánh lửa 91

12 Kiểm tra Van điều khiển dầu phối khí trục cam 94

13 Kiểm tra Mạch điều khiển bơm nhiên liệu 97

14 Kiểm tra Áp suất hệ thống nhiên liệu 99

15 Kiểm tra Kim phun và mạch điều khiển kim phun 101

16 Tìm pan thông qua hệ thống tự chẩn đoán OBDII 103

CHƯƠNG 7 BÀI GIẢNG THỰC HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ HYBRID 107

1 Kiểm tra Điện áp 115

2 Kiểm tra Mạch cấp nguồn 119

Trang 9

viii

3 Kiểm tra Cảm biến vị trí bàn đạp ga 121

4 Kiểm tra Cảm biến vị trí số 123

5 Kiểm tra Cảm biến nhiệt độ Motor MG2 126

6 Kiểm tra Tín hiệu vị trí số P 128

7 Kiểm tra Cụm chuyển đổi điện 130

8 Kiểm tra Bộ chuyển đổi DC/DC 133

9 Kiểm tra Tín hiệu bộ đổi điện tới MG1 135

10 Kiểm tra Tín hiệu bộ đổi điện tới MG2 138

11 Kiểm tra Bộ kích 141

12 Kiểm tra Ắc quy HV 144

13 Kiểm tra Hệ thống làm mát Ắc quy HV 146

14 Kiểm tra Dây điện áp cao 148

15 Kiểm tra Tín hiệu giao tiếp CAN 151

CHƯƠNG 8 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 153

Trang 10

ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ETCS-i : Electronic Throttle Control System Intelligence

ILSAC : International Lubricants Standardization and Approval Committee

Trang 11

x

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Đặc tính kỹ thuật động cơ 24 Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của MG1 59 Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của MG2 59

Trang 12

xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 Mô hình tổng quan xe Hybrid 3

Hình 2 2 Toyota Prius thế hệ thứ nhất 4

Hình 2 3 Toyota Prius thế hệ thứ hai 4

Hình 2 4 Toyota Prius thế hệ thứ ba 5

Hình 2 5 Toyota Prius thế hệ thứ tư 5

Hình 2 6 Sơ đồ hệ thống Hybrid nối tiếp 6

Hình 2 7 Sơ đồ hệ thống Hybrid song song 7

Hình 2 8 Sơ đồ hệ thống Hybrid hỗn hợp 8

Hình 2 9 Khởi động động cơ khi xe đang chạy 9

Hình 2 10 Xe tăng tốc nhẹ với động cơ 9

Hình 2 11 Tốc độ thấp ổn định 10

Hình 2 12 Tăng tốc tối đa 10

Hình 2 13 Tốc độ cao ổn định 11

Hình 2 14 Tốc độ tối đa 11

Hình 3 1 Vị trí các chi tiết 12

Hình 3 2 Các chi tiết của mô hình nhìn từ phía trước 13

Hình 3 3 Các chi tiết của mô hình nhìn từ phía sau 13

Hình 3 4 Các chi tiết của mô hình nhìn từ phía trái 14

Hình 3 5 Các chi tiết của mô hình nhìn từ phía phải 14

Hình 3 6 Các chi tiết trên sa bàn 15

Hình 3 7 Vị trí hộp rơle và hộp cầu chì 16

Hình 3 8 Mặt trên hộp rơle 16

Hình 3 9 Mặt dưới hộp rơle 19

Hình 3 10 Nhìn từ trên xuống 20

Hình 3 11 Nhìn từ trái qua 22

Hình 3 12 Nhìn từ phải qua 22

Hình 3 13 Vị trí xác định tên động cơ 23

Hình 4 1 Hệ thống điều khiển động cơ 26

Hình 4 2 Cấu tạo cảm biến 27

Hình 4 3 Đường đặc tuyến cảm biến 28

Hình 4 6 Nguyên lý hoạt động và đường đặc tuyến cảm biến 29

Hình 4 11 Cấu tạo và tín hiệu từ cảm biến 32

Hình 4 14 Mạch nguồn 35

Hình 4 15 Các bộ phận chính 36

Trang 13

xii

Hình 4 16 Nguyên lý làm việc 37

Hình 4 17 Các bộ phận chính 37

Hình 4 18 Mạch điều khiển bơm nhiên liệu 38

Hình 4 19 Mạch điều khiển kim phun 39

Hình 4 20 Giắc chẩn đoán 40

Hình 4 21 Hệ thống điều khiển VVT-i 42

Hình 4 22 Bộ điều khiển VVT-i 42

Hình 4 23 Van điều khiển dầu phối khí trục cam 43

Hình 4 24 Hoạt động ở chế độ mở sớm 44

Hình 4 25 Hoạt động ở chế độ mở muộn 44

Hình 4 26 Hoạt động ở chế độ giữ 44

Hình 4 27 Hệ thống làm mát động cơ 45

Hình 5 1 Sơ đồ hệ thống 46

Hình 5 2 Giao tiếp giữa ECM và ECU HV 48

Hình 5 3 Sơ đồ điều khiển 48

Hình 5 6 Cụm cảm biến 50

Hình 5 7 Cảm biến chọn số và cảm biến chuyển số 50

Hình 5 8 Sơ đồ hoạt động cảm biến 51

Hình 5 9 Vị trí cảm biến 51

Hình 5 13 Sơ đồ bố trí các bộ phận chính 53

Hình 5 14 Nguyên lý làm mát của hệ thống 54

Hình 5 15 Ắc quy phụ 54

Hình 5 16 Sơ đồ tổng quát hệ thống 55

Hình 5 17 Hoạt động của SMR khi nguồn ON 55

Hình 5 18 Sơ đồ điều khiển 56

Hình 5 19 Bộ chuyển đổi điện 57

Hình 1 17 Chuyển đổi và giảm điện áp 57

Hình 5 20 Cấu tạo 58

Hình 5 22 Cấu tạo 60

Hình 5 23 Thiết bị phân chia công suất 61

Hình 1 14 Bộ bánh răng hành tinh 61

Hình 5 24 Hệ thông làm mát cụm truyền động Hybrid 62

Hình 5 25 Dây điện áp cao 63

Hình 6 3 Mạch điện cảm biến 72

Hình 6 4 Giắc cảm biến 73

Hình 6 5 Kiểm tra cảm biến 73

Trang 14

xiii

Hình 6 18 Giắc cảm biến vị trí trục khuỷu 83

Hình 6 19 Giắc cảm biến vị trí trục cam 83

Hình 6 20 Dạng xung tín hiệu 84

Hình 6 29 Đo điện trở và xung cảm biến 90

Hình 6 30 Mạch điện hệ thống 91

Hình 6 31 Giắc nối IC đánh lửa 92

Hình 6 32 Kiểm tra bugi 92

Hình 6 33 Dạng sóng tín hiệu IGT và IGF 93

Hình 6 34 Vị trí Van VVT-i 94

Hình 6 35 Mạch điện van 94

Hình 6 36 Giắc của van 95

Hình 6 37 Kiểm tra hoạt động của van 95

Hình 6 38 Dạng xung tín hiệu điều khiển van 96

Hình 6 39 Mạch điện điều khiển bơm nhiên liệu 97

Hình 6 40 Giắc bơm nhiên liệu 98

Hình 6 41 Kết nối đồng hồ đo áp suất với ống nhiên liệu 99

Hình 6 42 Sơ đồ mạch điện 101

Hình 6 43 Đo điện trở kim phun 102

Hình 6 44 Biểu tượng đèn “MIL” trên tableau 103

Hình 6 45 Kiểm tra bằng máy chẩn đoán 104

Hình 7 4 Giắc kết nối 122

Trang 15

xiv

Hình 7 7 Giắc kêt nối 124

Hình 7 12 Mạch điện tín hiệu vị trí số P 128

Hình 7 13 Giắc kết nối các ECU 129

Hình 7 14 Xung tín hiệu vị trí số P 129

Hình 7 15 Sơ đồ Cụm chuyển đổi điện 130

Hình 7 17 Cực tại ECU HV 131

Hình 7 20 Mạch điện bộ chuyển đổi DC/DC 133

Hình 7 38 Điện trở chính 145

Hình 7 39 Dây cắm Ắc quy 145

Hình 7 40 Mạch điện hệ thống làm mát Ắc quy HV 146

Hình 7 41 Rơle quạt làm mát 147

Hình 7 43 Dây điện áp cao 148

Hình 7 44 Cáp dòng điện xoay chiều 3 pha tới MG2 từ bộ đổi điện 148

Hình 7 45 Cáp dòng điện xoay chiều 3 pha tới MG1 từ bộ đổi điện 149

Hình 7 46 Cáp nguồn 149

Hình 7 47 Cáp nguôn 150

Hình 7 48 Mạch giao tiếp CAN 151

Trang 16

xv Hình 7 49 Cực giao tiếp CAN của ECU HV 152

Trang 17

xvi

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[ 1 ] PGS-TS ĐỖ VĂN DŨNG, “Điện động cơ và Điều khiển động cơ”, nhà xuất bản đại học quốc gia, 407 trang

[ 2 ] TOYOTA (2007), “TOYOTA CAMRY”, 204 trang

[ 3 ] TOYOTA (2004), “PRIUS WIRING 2004”, 309 trang

[ 4 ] Mô hình động cơ “TOYOTA PRIUS HYBRID” ở xưởng động cơ Khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Và các tài liệu sữa chữa chuyên ngành của TOYOTA

Trang 18

1

CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP

1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay ôtô chạy hoàn toàn bằng điện vẫn còn nhiều hạn chế, về công nghệ thì ôtô Hybrid đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như một giải pháp mang tính tối ưu để làm hạn chế trình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải ôtô xả ra, và sự khan hiếm nhiên liệu do nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt

Với sự phát triển nhanh chóng của internet, tài liệu và thông tin được chia sẻ một cách dễ dàng Do vậy, sinh viên có thể tìm kiếm tài liệu phục vụ cho việc học của mình không quá khó khăn Với xu hướng như thế, đổi mới phương pháp dạy học là yêu cầu cấp bách dựa trên những quan điểm phát huy tính tích cực của người học,

đề cao vai trò tự học của người học, kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên đang được áp dụng rộng rãi

Đặc biệt đối với Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô, các công nghệ mới cũng như các động cơ đời mới được ứng dụng một cách liên tục, do vậy cần phải có tài liệu được cập nhật liên tục theo sự phát triển đó để cho sinh viên có thể nắm bắt được sự phát triển của xu thế công nghệ

Chính vì những điều đó, chúng tôi quyết định nghiên cứu và biên soạn bài giảng

mô hình động cơ Toyota Hybrid Prius 2004, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật có thêm tài liệu cũng như dễ dàng trong việc nghiên cứu học tập

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu

Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập

Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành

Sinh viên có điều kiện quan sát mô hình một cách trực quan, dễ cảm nhận được hình dạng và vị trí các chi tiết lắp đặt mô hình động cơ Toyota Hybrid Prius 2004 Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáo dục-đào tạo

Giúp sinh viên tiếp thu bài tốt hơn

1.2.2 Nhiệm vụ

Sơ lược về động cơ Toyota Hybrid Prius

Tìm hiểu về hệ thống điện, các cảm biến trên mô hình này

Thiết kế các phiếu bài giảng thực hành phục vụ cho việc giảng dạy và thực hành trên mô hình này

Trang 19

2

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Để đề tài được hoàn thành chúng tôi đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu Trong đó đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, từ đó tìm ra những ý tưởng mới để hình thành đề cương của đề tài Song song với nó, chúng tôi còn kết hợp cả phương pháp quan sát và thực nghiệm để có thể biên soạn các phiếu bài thực hành mẫu một cách chính xác nhất

1.4 Các bước thực hiện

Tham khảo tài liệu

Tiến hành đo đạc, kiểm tra, thu thập các thông số

Thiết kế các phiếu bài giảng thực hành cho mô hình

Viết báo cáo

1.5 Kế hoạch nghiên cứu

Đề tài được thực hiện gần 4 tháng, các công việc được bố trí như sau:

Giai đoạn 1: Từ ngày 02 tháng 03 đến ngày 20 tháng 5 năm 2016

- Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu

nghiên cứu, phân tích tài liệu liên quan

Giai đoạn 2: Từ ngày 20 tháng 05 đến ngày 18 tháng 07 năm 2016

- Viết thuyết minh

- Hoàn thiện đề tài

Trang 20

3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID

2.1 Khái quát về Hybrid

2.1.1 Khái niệm chung

Hybrid là công nghệ sử dụng kết hợp động cơ xăng và động cơ điện trong quá trình vận hành xe nhằm tiết kiệm tối đa nhiên liệu tiêu thụ và giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường, với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một Ắc quy cao áp Nói một cách chính xác hơn, xe Hybrid được trang bị một động cơ đốt trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, một khối pin và một hay nhiều động cơ điện

Ngoài việc Ắc quy được nạp bằng máy phát thì Ắc quy còn được nạp điện với cơ chế nạp “thông minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh 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

Hình 2 1 Mô hình tổng quan xe Hybrid 2.1.2 Xu hướng phát triển của ô tô Hybrid

Tại triển lãm Paris Salon vào năm 1899 đã có hai chiếc xe điện được ra mắt công chúng, khai sinh ra lịch sử của xe Hybrid, dòng xe “2 trong 1” Những chiếc xe Hybrid đầu tiên đều có một động cơ xăng nhỏ và một động cơ điện bố trí theo kiểu song song, năng lượng được lưu trữ trong Ắc quy và có thể sạc khi xe đang chạy Cho đến nay, ôtô Hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường Có thể nói, công nghệ Hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường, ô tô chạy hoàn toàn bằng điện, hay chạy bằng nhiên liệu thân thiện với môi trường

Trang 21

Bên cạnh ngoai hình bắt mắt là mức độ tiêu thụ nhiên liệu ấn tượng: 5,7 L/100km Khi mới ra mắt thị trường Mỹ, những trang thiết bị tiêu chuẩn trên Prius bao gồm

hệ thống phanh ABS, điều hòa nhiệt độ phân vùng độc lập, cửa sổ điện, hệ thống

âm thanh AM/FM/cassette, gói pin có tuổi thọ gần 170.000 km

Hình 2 2 Toyota Prius thế hệ thứ nhất 2.2.2 Thế hệ thứ hai 2004-2009

Là sản phẩm đầu tiên của Toyota khai thác hệ thống Hybrid Synergy Drive, công nghệ động cơ Hybrid mới nhất của hãng Hệ thống mới này sản sinh nhiều công suất hơn từ cả động cơ xăng và Motor điện, giúp khả năng tăng tốc của Prius có thể

so sánh với dòng xe cỡ trung 4 xi-lanh

Điểm ưu việt của Hybrid Synergy Drive so với những hệ thống khác trên thị trường chính là khả năng vận hành ở chế độ xăng hoặc điện, cũng như chế độ kết hợp năng lượng giữa động cơ xăng và Motor điện với mức tiêu thụ nhiên liệu ấn tượng hơn thế hệ đầu: 5,11 L/100 km

Hình 2 3 Toyota Prius thế hệ thứ hai

Trang 22

5

2.2.3 Thế hệ thứ ba 2010

Thế hệ thứ 3 hoàn toàn mới của Toyota Prius ra mắt công chúng tại triển lãm ôtô quốc tế Bắc Mỹ với tính năng vận hành hơn hẳn so với những phiên bản trước đó Mức tiêu thụ nhiên liệu khiêm tốn: 4,7L/100 km của Prius 2010 là nhờ công đóng góp lớn của động cơ 1,8L Atkinson 4 xylanh công suất 98 mã lực Một máy bơm điện và hệ thống tuần hoàn khí thải EGR giúp tăng hiệu suất động cơ Hệ thống Hybrid Synergy Drive ở thế hệ Prius thứ ba sẽ được cải tiến 90% so với ở model cũ Một màn hình hiển thị thông tin giám sát mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải được trang bị như một thiết bị tiêu chuẩn trên Prius 2010

Hình 2 4 Toyota Prius thế hệ thứ ba 2.2.4 Thế hệ thứ tư 2016

Có kiểu dáng thể thao, thừa hưởng từ mẫu FCV concept và phát triển dựa trên hiệu suất và tính năng môi trường Phần đuôi xe vẫn giữ kiểu dáng đặc trưng của Prius Prius thế hệ này áp dụng hệ thống khung gầm mới và hệ thống Hybrid cải tiến giúp tiết kiệm nhiên liệu hơn 10% so với thế hệ thứ ba: 4,23L/100km

Toyota trang bị cho Prius 2016 nhiều công nghệ an toàn tiên tiến để bảo vệ cho hành khách ngồi trong Điển hình là trang bị TSS “Toyota Safety Sense”: một gói tổng hợp các tính năng an toàn, cùng với tính năng phanh tự động trước va chạm

Hình 2 5 Toyota Prius thế hệ thứ tư

Trang 23

6

2.3 Phân loại ô tô Hybrid

2.3.1 Kiểu nối tiếp

Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động

cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho Ắc quy hoặc cung cấp cho động cơ điện

Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp Ắc quy và một sẽ dùng chạy động cơ điện Động cơ điện ở đây còn có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh

Hệ thống này được gọi là hệ thống nối tiếp vì năng lượng truyền theo một quá trình liên tục (hoạt động của động cơ đốt trong và Motor điện tiến hành lần lượt) Một hệ thống hybrid nối tiếp gồm có hai Motor, một chính là Motor điện và một là máy phát điện có cấu trúc tương tự Loại nối tiếp này ít được phổ biến so với kiểu Hybrid song song do có nhiều nhược điểm

Hình 2 6 Sơ đồ hệ thống Hybrid nối tiếp

 Ưu điểm:

Động cơ đốt trong sẽ không hoạt động ở chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ôtô Mặt khác động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu xe chạy đường dài quá quãng đường đã quy định dùng cho Ắc quy Sơ đồ này có thể không cần hộp số

 Nhược điểm :

Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như: Kích thước và dung tích Ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song, động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho Ắc quy nên dễ bị quá tải

Trang 24

7

2.3.2 Kiểu song song

Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song Cả động cơ nhiệt và Motor điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo các điều kiện hoạt động khác nhau Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền Mômen chính, còn Motor điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc

Hệ thống này chỉ có một Motor điện Motor điện có hai chức năng chính Chức năng thứ nhất là chuyển hóa điện năng được cung cấp từ Ắc quy thành cơ năng Chức năng thứ hai là chuyển hóa ngược lại từ cơ năng thành điện năng để nạp lại cho pin Do vậy không thể cùng lúc vừa vận hành các bánh xe, vừa nạp điện vào bình Ắc quy

Hình 2 7 Sơ đồ hệ thống Hybrid song song

 Ưu điểm :

Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng, mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệt nên dung lượng bình Ắc quy nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp Tiết kiệm nhiên liệu hơn khi lái trên đường bộ hay đường cao tốc Hệ thống Hybrid song song toàn phần là một cải tiến quan trọng cho cả sự tăng tốc và linh hoạt, tính năng vận hành cao và hiệu suất tối đa

Trang 25

8

2.3.3 Kiểu hỗn hợp

Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng tối đa các lợi ích được sinh ra

Nó có hai Motor, và tùy từng điều kiện khác nhau mà xe lắp hệ thống kết hợp sẽ

sử dụng đồng thời cả Motor điện và động cơ đốt trong hay chỉ sử dụng năng lượng nguồn điện để thu được hiệu quả cao nhất Thậm chí, khi cần thiết, hệ thống này vừa vận hành các trục bánh xe trong khi vẫn có thể nạp điện vào máy phát

Hình 2 8 Sơ đồ hệ thống Hybrid hỗn hợp

Hệ thống lai nối tiếp này có một bộ phận gọi là "thiết bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất của động cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động Tuy nhiên xe có thể chạy theo "kiểu êm dịu" chỉ với một mình động cơ điện Bởi vì kiểu hỗn hợp khắc phục được các nhược điểm của 2 kiểu nối tiếp và song song Hệ thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo xe Hybrid

2.4 Các chế độ hoạt động của Toyota Prius

2.4.1 Khởi động động cơ khi xe đang chạy

Mômen dẫn động yêu cầu tăng lên khi xe chạy chỉ với MG2, MG1 sẽ được kích hoạt để khởi động động cơ Tương tự, nếu có một trong những hạng mục do ECU kiểm soát như tình trạng SOC, nhiệt độ Ắc quy, nhiệt độ nước và điều kiện tải điện lệch so với mức tiêu chuẩn, thì MG1 sẽ được kích hoạt để khởi động động cơ (MG1 hoạt động ở chế độ động cơ)

Trong hoạt động này, để tránh phản lực của bánh răng mặt trời của MG1 khỏi làm quay bánh răng bao của MG2 và dẫn động các bánh xe chủ động, dòng điện sẽ được cấp vào MG2 để phanh Chức năng này gọi là”điều khiển phản ứng”

Trang 26

9

Hình 2 9 Khởi động động cơ khi xe đang chạy

Trong trạng thái tiếp theo, động cơ đã được khởi động sẽ vận hành MG1 như một máy phát để phát điện nạp lại cho Ắc quy Nếu Mômen dẫn động yêu cầu tăng lên, động cơ sẽ bắt đầu dẫn động MG1 như một máy phát để chuyển sang chế độ “tăng

tốc nhẹ”

2.4.2 Tăng tốc nhẹ với động cơ

Ở tốc độ trung bình, động cơ đốt trong sẽ hoạt động và cung cấp năng lượng, MG2

sẽ hoạt động đồng thời như một động cơ điện sử dụng một lượng điện năng hổ trợ MG1 cũng quay đồng thời với động cơ (được kéo bởi động cơ) và đóng vai trò như một máy phát điện, cung cấp năng lượng cho MG2

Hình 2 10 Xe tăng tốc nhẹ với động cơ

Trang 27

10

2.4.3 Khi xe chạy ở tải thấp

Khi xe đang chạy ở chế độ tải thấp, bộ truyền hành tinh sẽ chia công suất động cơ

ra hai phần Một phần truyền đến các bánh xe chủ động, phần còn lại kéo MG1 để phát điện đến bộ biến đổi cấp cho MG2 hoạt động bổ sung công suất đến các bánh

xe chủ động

Hình 2 11 Tốc độ thấp ổn định 2.4.4 Khi xe chạy ở chế độ tăng tốc mạnh

Khi xe được chuyển từ chế độ tải thấp sang chế độ tăng tôc mạnh, hệ thống này sẽ

bổ sung lực điện của Ắc quy HV vào lực truyền động của MG2

Hình 2 12 Tăng tốc tối đa

Trang 28

11

2.4.5 Khi xe chạy với tốc độ cao ổn định

Khi xe chạy ở tốc độ cao ổn định động cơ và MG2 hoạt động, MG1 hoạt động ở chế độ phanh(MG1 không quay)

Hình 2 13 Tốc độ cao ổn định 2.4.6 Khi xe chạy ở chế độ tốc độ tối đa

Khi tốc độ ôtô cao(>100mph) thì MG2 sẽ hoạt động để bổ sung công suất cho động cơ đốt trong Lúc này Ắc quy HV sẽ cung cấp điện cho hoạt động của MG2, MG1 cũng nhận một phần năng lượng điện từ Ắc quy và quay ngược chiều với MG2 tạo một tỷ số truyền tăng cho phép ôtô chạy với tốc độ cao

Hình 2 14 Tốc độ tối đa 2.4.7 Trong Khi Lùi Xe

Khi đang lùi, xe được vân hành chỉ có một nguồn lực là MG2 Tại thời điểm này, MG2 quay trơn theo chiều ngược lai, động cơ chưa nổ máy và MG1 quay trơn theo hướng thông thường không phát điện

Trang 29

12

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH

3.1 Tổng quan các chi tiết trên mô hình

Trang 30

13

3.1.1 Mô hình nhìn từ phía trước

Mô hình được ghi dòng chữ “TOYOTA PRIUS HYBRID”

Hình 3 2 Các chi tiết của mô hình nhìn từ phía trước 3.1.2 Mô hình nhìn từ phía sau

Nhìn từ phía sau chúng ta có thể quan sát được két nước làm mát động cơ, két nước làm mát hệ thống Hybrid, khối động cơ 1NZ-FXE và bộ đổi điện

Hình 3 3 Các chi tiết của mô hình nhìn từ phía sau

Trang 31

14

3.1.3 Mô hình nhìn từ phía trái

Chúng ta quan sát được hộp rơle, Ắc quy HV, bộ đổi điện và dây điện áp cao

Hình 3 4 Các chi tiết của mô hình nhìn từ phía trái 3.1.4 Mô hình nhìn từ phía phải

Chúng ta có thể quan sát được ống xả, quạt làm mát Ắc quy HV, động cơ xăng, lọc gió và các bôbin

Hình 3 5 Các chi tiết của mô hình nhìn từ phía phải

Trang 32

15

3.1.5 Phần sa bàn

Chúng ta có thể thực hiện được các chức năng điều khiển cũng như có khả năng biết được những thông tin liên quan đến động cơ nhờ vào phần sa bàn

Hình 3 6 Các chi tiết trên sa bàn

hành trình

hòa không khí

cơ

Trang 33

16

3.2 Vị trí hộp rơle và hộp cầu chì

Hình 3 7 Vị trí hộp rơle và hộp cầu chì 3.2.1 Các chi tiết mặt trên hộp rơle

Hình 3 8 Mặt trên hộp rơle

Trang 34

17

Ký

Hệ thống Hybrid TOYOTA

Điều khiển hành trình Điều khiển động cơ Combination Meter

Hệ thống chống trộm và khởi động bằng nút

Hệ thống điều khiển chuyển số

Điều khiển động cơ

Trang 35

18

Hệ thống chống trộm và khởi động bằng nút nhấn

Trang 36

19

3.2.2 Các chi tiết mặt dưới hộp rơle

Hình 3 9 Mặt dưới hộp rơle

Ký

Trang 37

trộm, âm thanh và multi-Display

Hệ thống giao tiếp LAN – BEAN – CAN

Trang 38

21

Hệ thống điều khiển phanh

Hệ thống chống trộm và khởi động bằng nút Các hệ thống đèn, cửa, điều hòa, túi khí …

Hệ thống điều khiển phanh

Hệ thống giao tiếp LAN – BEAN – CAN Quạt giàn nóng và quạt làm mát bằng két nước Các hệ thống đèn, cửa, chống trộm …

Hệ thống chống trộm và khởi động bằng nút Trợ lực lái bằng điện, túi khí

Hệ thống giao tiếp LAN – BEAN – CAN Các hệ thống điều khiển gương, cửa, âm thanh

và chống trộm C16 Cầu chì PWR OUTLET 15A Power outlet

Đèn chiếu sáng và đèn Tail

Trang 39

22

3.2.3.2 Nhìn từ trái qua

Hình 3 11 Nhìn từ trái qua 3.2.3.3 Nhìn từ phải qua

Hình 3 12 Nhìn từ phải qua

Trang 40

23

tử thông minh) 1NZ-FXE bao gồm một số sự điều chỉnh giúp đặc tính cân đối, tính kinh tế về nhiên liệu và khí thải được sạch hơn đối với xe hybrid

Một dạng độc đáo của động cơ 1NZ-FXE đó là thời điểm phối khí chu trình Atkinson cho phép động cơ giảm khí thải nhờ vào sự thay đổi mối tương quan giữa thì nén và thì giãn nỡ Một đặc trưng khác được đưa vào trên các xe Hybdrid 2004

về sau là hệ thống tích nhiệt cho nước làm mát Nó thu hồi nước nóng từ động cơ và chứa chúng trong một thùng cách nhiệt và giữ nhiệt nóng lên đến ba ngày Về sau, một bơm điện luân chuyển nước nóng xuyên qua động cơ để giảm khí thải HC tại thời điểm động cơ còn lạnh(lúc khởi động)

Tiêu đề	Biên Soạn Bài Giảng Mô Hình Hệ Thống Điện Động Cơ Ôtô Toyota Prius
Tác giả	Nguyễn Phạm Vũ Hoài, Nguyễn Văn Hớn
Người hướng dẫn	PGS.TS Đỗ Văn Dũng
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	171
Dung lượng	10,04 MB