Hybrid trong tiếng Latin có nghĩa là “lai”, ôtô hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) là ôtô sử dụng động cơ tổ hợp gồm hai động cơ cung cấp động lực cho xe hoạt động. Cơ cấu phổ biến nhất là 1 động cơ điện kết hợp với 1 động cơ đốt trong.
I Tìm hiểu cơng nghệ hybrid ngành cơng nghiệp Ơtơ Xe hybrid 1.1 Khái niệm Hybrid tiếng Latin có nghĩa “lai”, ơtơ hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) ôtô sử dụng động tổ hợp gồm hai động cung cấp động lực cho xe hoạt động Cơ cấu phổ biến động điện kết hợp với động đốt Động đốt với nhiên liệu xăng diesel thơng thường, cịn động điện hoạt động nhờ dòng điện tái tạo từ động đốt từ nguồn pin xe Một điều khiển điện tử định dùng động điện, dùng động đốt hai lúc, cũng tính tốn vận hành để tận dụng nguồn lượng dư thừa để nạp vào pin Ngồi động “lai” hệ thống khác xe hybrid thay đổi so với xe thơng thường 1.2 Ưu điểm xe hybrid? Xe hybrid nhắc tới với ưu điểm sau: - Tiết kiệm nhiên liệu - Giảm khí thải động cơ, thân thiện với mơi trường - Tiết kiệm chi phí vận hành Như đã biết, xe vận hành nhiều chế độ khác (đi nhanh, chậm, tăng tốc, lên dốc, xuống dốc…), có lúc cần công suất mạnh mẽ nhất, phần lớn thời gian cần động lực vừa đủ để chuyển động Trong đó, động đốt có biến thiên công suất không cao, thường gây dư thừa công suất, di chuyển thành phố 1.3 Các phận ơtơ Hybrid - Hệ thống làm mát có nhiệm vụ làm mát động đốt trong, nhiên liệu ắc quy Nhiệt nước làm mát sử dụng để sấy sóng cabin xe vùng nhiệt độ thấp dùng cho thiết bị nhiệt khác - Động điện: nhận lượng điện tử ắc quy, chuyển thành lượng khí dẫn động bánh xe Ưu điểm động điện cho mơ-men lớn số vịng quay nhỏ, hoạt động êm, hiệu suất cao - Hộp số: Ơtơ hybrid dùng nhiều loại hộp số khác Bốn loại hộp số thường dùng là: hộp số vô cấp, hộp số sang số tự động, hộp số tay, hộp số tự động thông thường với chuyển đổi mơ-men - Hệ thống xử lý khí xả: khí thải động ôtô vấn đề đặt Ơtơhybrid giảm lượng khí thải tốn nhiên liệu, sử dụng nguồn nhiên liệu sạch, cải tiến chất lượng động công nghệ xử lý khí thải - Bộ phận điều khiển: điều khiển chế độ hoạt động phối hợp động đốt động điện - Ắc quy: thành phần quan trọng động hybrid, đảm bảo yêu cầu tạo dòng lớn, cho phép nạp điện trình phanh, độ bền cao Hiện thường sử dụng ắc quy axit chì, tương lai hai loại ắc quy ino-lithium polyme-lithium có nhiều triển vọng áp dụng cho xe hybrid - Động đốt trong: nguồn động lực động hybrid; sử dụng động xăng; động diesel, động hydro, khí hóa lỏng pin nhiên liệu 1.4 Một xe hybrid với cấu động xăng điện Động hybrid đã khắc phục nhược điểm nhờ sử dụng động công suất nhỏ (xăng điện) thay cho động xăng công suất lớn Động xăng xe hybrid có dung tích xylanh nhỏ nên tiết kiệm nhiên liệu đáng kể, công suất nhỏ đủ phần lớn điều kiện hoạt động Khi xe cần công suất cao (lên dốc, tăng tốc, chở nặng ) động điện khởi động để phối hợp động xăng.(Cơ cấu cũng theo hướng ngược lại, tức động điện động chính, động xăng “trợ lực” cho động điện) Xe hybrid điều tiết hoạt động thông qua hệ thống điều khiển điện tử, hai động phối hợp qua cấu hịa cơng suất (nối tiếp, song song hay hỗn hợp) Như vậy, thay động lít phiên thơng thường, xe Honda Civic hybrid cần động 1.3l hỗ trợ động điện Chính điều góp phần lớn làm giảm tiêu tốn nhiên liệu mà đảm bảo khả vận hành Một đặc điểm đáng kể xe hybrid phải kể đến, việc tận dụng nguồn lượng dư thừa Không giống loại xe sử dụng động điện khác, xe hybrid khơng cần phải sạc nguồn điện bên ngồi, hệ thống điều khiển xe tận dụng nguồn lượng dư thừa động đốt để sạc đầy pin Khi xe giảm tốc độ hay phanh, hệ thống đảo cực động điện, lúc trở thành máy phát điện để sạc vào pin, gọi trình phanh tái tạo điện Động hybrid 2.1 Phân loại Động hybrid kết hợp nguồn lượng động đốt môtơ điện Mặc dù động hybrid có sử dụng mơtơ điện cũng khơng cần phải nạp điện từ bên ngồi Có loại động hybrid chủ yếu sau: 2.1.1 Tổ hợp ghép nối tiếp Động khởi động máy phát điện môtơ điện sử dụng nguồn điện để quay bánh xe Đây gọi tổ hợp ghép nối tiếp lực truyền đến bánh xe theo chuỗi nối tiếp Tổ hợp ghép nối tiếp cho phép vận hành động công suất nhỏ , tạo cung cấp nguồn điện cho môtơ điện nạp điện cho ắc quy Động có mơtơ: máy phát điện (có cấu tạo giống môtơ sinh điện) môtơ phát điện Động đốt tạo động lực làm quay môtơ bánh xe cảđộng đốt môtơ tạo nguồn lượng cho xe chuyển động Loại động lắp cho xe Coaster 2.1.2 Tổ hợp ghép song song Trong kiểu động này, động đốt môtơ tạo lực làm chuyển động bánh xe lực chuyển động từ nguồn tận dụng trường hợp Động gọi tổ hợp ghép song song lực truyền đến bánh xe cách riêng rẽ Trong động này, ắc quy nạp cách biến môtơ phát điện thành máy phát điện điện từ ắc quy truyền đến bánh xe Mặc dù có cấu tạo đơn giản nhược điểm động môtơ phát điện làm quay bánh xe nạp điện cho ắc quy với lí động có mơtơ Trong tổ hợp này, động nguồn tạo động lượng chính, môtơ hỗ trợ lúc xe tăng tốc độ 2.1.3 Động hỗn hợp Kiểu động kết hợp kiểu động nêu nhằm tối đa hố tiện ích hai hệ thống Động có mơtơ tuỳ thuộc vào điều kiện mà sử dụng môtơ điện hay lực chuyển động từ môtơ điện động Hơn thế, cần thiết, động làm chuyển động bánh xe đồng thời với việc vận hành máy phát để tạo điện Một phận tách lực tách riêng lực tạo từ động lực truyền đến bánh xe truyền đến máy phát điện biến đổi liên tục Vì quay, mơtơ tạo lượng điện nên môtơ sử dụng nhiều so với tổ hợp ghép song song Loại động lắp cho xe Prius xe Estima Hybrid 2.2 Hoạt động động - Khởi động giảm xuống tốc độ trung bình Động đốt ngừng hoạt động không đạt mức độ hợp lý khởi động hay giảm tốc độ Khi xe chạy với mơtơ - Đi với điều kiện thông thường Năng lượng động đốt chia nhỏ, phần sử dụng để chạy máy phát điện làm quay mơtơ, phần cịn lại làm chuyển động bánh xe - Tăng tốc đột ngột Bình ắc quy cung cấp thêm lượng động đốt mơtơ nhờ tạo thêm lực - Giảm tốc độ phanh hãm Môtơ hoạt động máy phát điện hiệu suất cao điều khiển bánh xe Hệ thống phanh hãm phục hồi động trữ bình ắc quy - Nạp điện cho bình ắc quy Bình ắc quy ln trì đủ lượng điện dự trữ Động đốt chạy máy phát điện để tái nạp điện cho ắc quy cần thiết - Giai đoạn dừng xe Lúc động tự động ngừng hoạt động 2.3 Các phận động Hybrid Toyota II (THS II.) 2.3.1 Bộ phận cung cấp điện cao Mạch điện cao công nghệ hỗ trợ cho hệ thống THS II Bằng cách tạo mạch điện cao bên điều khiển lượng, điện môtơ máy phát điện tăng từ 274 vôn động THS lên đến mức tối đa 500 vôn động THS II 2.3.2 Môtơ Động THS II sử dụng môtơ điện xoay chiều đồng Các nam châm vĩnh cửu với rơto làm từ vịng thép tạo môtơ bền Việc xếp nam châm vĩnh cửu theo hình chữ V cũng đã làm tăng hiệu suất tăng mômen xoắn Điện tăng từ 33 kW lên 50 kW, tức tăng 1,5 lần so với động THS 2.3.3 Máy phát điện Cũng giống môtơ, máy phát điện cũng dòng điện xoay chiều đồng Máy phát điện đã tăng số vòng quay từ 6500 vòng/ phút (với động trước) lên tới 10 000 vịng/phút 2.3.4 Bộ phận điều khiển lượng, bình ắc quy hệ thống phanh tự hồi Bộ phận điều khiển lượng gồm máy đổi dòng điện, chuyển dòng chiều từ ắc quy thành dòng xoay chiều để làm quay mơtơ máy trì dịng điện chiều có hiệu điện 12vơn Bình ắc quy làm kim loại mạ kềm Bằng cách sử dụng mơ hình kết cấu ắc quy cải tiến điện cực kim loại, hiệu suất ắc quy đã tăng 35% so với ắc quy động THS Để trì lượng, bình ắc quy phải nạp lại nhận điện từ máy phát điện mơtơ ắc quy khơng cần nạp điện từ bên ngồi Hệ thống phanh tự hồi biến môtơ điện thành máy phát điện, chuyển động lượng thành điện lượng sử dụng nguồn điện để nạp cho ắc quy Hệ thống đặc biệt có tác dụng hồi phục lượng lái xe thành phố lái xe thường xuyên phải tăng giảm tốc độ Ngoài ra, cách giảm lực ma sát phận truyền động, nguồn lượng tiêu hao giảm tốc độ đã phục hồi 2.3.5 Bộ truyền động Bộ truyền động xe hybrid gồm phận tách lực máy phát điện, môtơ điện Động động đốt chia thành phần: phần dẫn đến môtơ bánh xe, phần lại dẫn đến máy phát điện Như vậy động động đốt đã truyền theo đường đường điện đường khí Động THS II cũng đã giảm 30% tiêu hao ma sát sử dụng ball bearings truyền động 2.3.6 Hoạt động động đốt trong, máy phát điện môtơ - Khi xe ngừng chạy: động cơ, máy phát điện môtơ dừng hoạt động - Khi khởi động: có mơtơ hoạt động - Khi với tốc độ bình thường: chủ yếu động đốt giúp cho xe chạy, lúc việc tạo điện không cần thiết - Khi tăng tốc: vòng quay động tăng lên, lúc máy phát điện cũng bắt đầu tạo dịng điện, kết hợp với dịng điện từ bình ắc quy tiếp thêm lượng cho việc tăng tốc Động đốt Động THS II có dung tích 1,5 lít, sử dụng chu trình Atkinson Chu trình Atkinson cho phép nén stroke trì việc mở rộng stroke theo phương thức độc lập Vòng quay/phút động cung tăng thêm 500 vòng/phút tức đạt 5000 vòng/phút Việc tăng 500 vịng làm tăng động lực q trình xe tăng tốc Các tiêu kỹ thuật động hybrid Động đốt Môtơ Bộ phận Loại Hiệu suất tối đa kW(Ps)/rpm Mômen xoắn cực đại N-m(kgm)/rpm Loại Hiệu suất tối đa kW(Ps)/rpm THS II 1,5 lít 57 (78)/5000 115 (11,7)/4200 Mơtơ xoay chiều đồngbộ 50 (68)/1200- 1540 Mômen xoắn cực đại N-m(kgm)/rpm 400 (40,8)/0-1200 Hiệu suất tối đa kW(Ps)/vehicle 82 (113)/85 speed km/h Toàn động (gồm Hiệu suất tốc độ85 km/h kW(PS) 82 (113) động đốt trong, Mômen xoắn cực 478 (48,7)/22 ắc quy mômen đại N-m(kgm)/vehicle speed km/h xoắn) Mômen xoắn tốc độ 22 km/h N-m 478 (48,7) (kg m) Những tiến học, tinh lọc động công nghệ tiên tiến xe Hybrid Xe hybrid kết hợp tiến ngành ô tô, công nghệ tiên tiến tinh lọc động cơ; nhiều cơng nghệ kỹ sư chế tạo xe đua phát triển Tất xây dựng nỗ lực nhằm tăng khả vận hành, giảm khí thải gây nhiễm tối đa hóa khả tiết kiệm nhiên liệu Khí động lực học/ hệ số kéo thấp: Để có bề mặt nhẵn, kỹ sư chế tạo xe hybrid thường phải viện đến đặc điểm thiết kế không theo quy ước nhằm tối đa hóa khả khí động Ví dụ, Honda Insight có hệ số kéo vơ thấp (0,25) bề mặt nhẵn dáng vẻ kỳ dị bánh sau Ngay Toyota Prius, trông bình thường mắt người khơng chun nghiệp, cũng có hệ số kéo 0,29 kỹ sư đã tìm cách để làm trơn tru Tất nhà sản xuất cố gắng giảm hệ số kéo nơi đâu xe với hệ số kéo thấp cần cơng suất (và nhiên liệu) để vận hành Ngắt tự động: Để bảo tồn nhiên liệu, tất xe hybrid ngắt động xăng suốt q trình nghỉ Nó khơng tiết kiệm nhiên liệu giảm khí thải mà cịn ngừng tiêu thụ điện Tương tự xe ngựa hai bánh, mô tơ điện khởi động lại động xăng lái xe nhấn lại pê đan tăng tốc Đây hoạt động liền mạch, khơng có trì hoãn hay khả vận hành cho lái xe Hộp số biến thiên vô cấp (CVT): CVT loại hộp số tự động (thực tế đã xuất 100 năm gần ứng dụng ngành ô tơ) khơng có bánh răng, ly hợp ma sát, dầu thủy lực biến mơ Thay thế, sử dụng thiết kế dây curoa puli đơn giản, giúp kết hợp chặt chẽ số truyền với phạm vi vịng/phút tối ưu động để đạt cơng suất lớn tăng khả tiết kiệm nhiên liệu Được ứng dụng chủ yếu công nghiệp ánh sáng tiến gần vật liệu công nghệ mạch vi xử lý đã khiến CVT phù hợp với ngành ô tô Cylinder Idling System (hệ thống cầm chừng hoạt động xy lanh): Honda Civic Hybrid sử dụng hệ thống để giảm kéo động cho phép mô tơ điện giành nhiều lượng suốt trình phanh tái tạo lượng Một động xăng thông thường phanh động trình xuống dốc hoạt động bơm xi-lanh Hoạt động giành lượng từ động điện để sạc pin Có thể tránh kéo động cách đưa khớp ly hợp vào xe với hộp số sàn đặt xe số không với CVT Hệ thống vô hiệu xi-lanh Honda thực điều cách đóng van hút xả xi-lanh, cho phép pít tơng di chuyển tự xi-lanh, vậy giảm kéo động tối đa hóa lượng mà mơ tơ điện thu Integrated Exhaust Manifold: Được đặt trực tiếp vào đầu xi-lanh nhằm giảm khối lượng tối ưu hóa dịng khí xả, vậy giúp tăng vận hành tiết kiệm nhiên liệu Pít tơng ma sát nhỏ: Thơng qua trình rèn đặc biệt, ma sát thành xi-lanh giảm làm tăng khả tiết kiệm nhiên liệu Offset Cylinder Bores: tăng khả tiết kiệm nhiên liệu cách giảm ma sát đẩy pít tơng chúng di chuyển bên xi-lanh Những vật liệu tiên tiến: Việc sử dụng vật liệu tiên tiến - magie, hợp kim nhôm nhựa dẻo – làm giảm khối lượng xe Việc giảm khối lượng làm tăng khả tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải giúp vận hành hiệu Hệ thống điều khiển thời điểm đóng mở van (VVT): Van (xuphap) động định cỡ để mở lâu tốc độ cao đóng nhanh tốc độ thấp nhằm tối đa hóa hiệu đốt, vậy tăng cường vận hành khả tiết kiệm nhiên liệu cũng giảm khí thải Với tất công nghệ tiên tiến, khả tiết kiệm nhiên liệu giảm khí thải mình, xe hybrid thường xem xe tương lai Chắn chắn, với model hybrid xuất model phát triển, công nghệ đóng vai trị tranh ngành ô tô năm tới khí người tìm hiểu công nghệ pin nhiên liệu vài giải pháp để tăng giá xăng dầu, tiêu thụ hết nguồn nguyên liệu hóa thạch tích đầy khí thải gây nhiễm Ngày 16/4/2003, buổi triển lãm ôtô quốc tế New York, hãng Toyota lần giới thiệu xe Prius, mẫu xe làm thay đổi xu hướng sản xuất xe giới dòng xe sử dụng đồng thời động xăng môtơ điện Xe Prius mang đặc trưng cơng nghệ THS II có nghĩa Động Hybrid Toyota II, công nghệ cho dịng xe Toyota Cơng nghệ cho phép xe đạt gia tốc lớn gia tốc mẫu xe thơng thường có động lít nhờ có phối hợp mơtơ tạo công suất gấp 1,5 lần động chạy dầu có dung tích 1,5 lít Động THS II cũng sử dụng công nghệ cao việc chế tạo mơtơ điện, bình ắc quy, động hệ thống vận hành đồng Xe Prius cũng loại xe giới sử dụng thiết bị lái điện, hệ thống phanh tiết kiệm lượng hệ thống điều khiển ổn định Kết cấu khung nhôm cũng làm giảm đáng kể trọng lượng xe Ngồi cấu trúc khí động lực, lịng xe thống rộng cốp xe lớn cũng đặc trưng mẫu xe Chiếc xe Prius cũng loại xe tiết kiệm nhiên liệu hàng đầu giới với mức tiêu hao phù hợp với tiêu chuẩn EURO-IV Hãng Toyota trì định hướng sản xuất dịng xe "sạch an tồn" Vì vậy hãng đã ln đặt yếu tố môi trường lên hàng đầu hướng tới việc tạo sản phẩm phục vụ cho xã hội thịnh vượng giới Toyota tiếp tục cải tiến loại động truyền thống động xăng lean-burn, động xăng direct injection động diesel common rail directinjection Toyota cũng đã cải tiến loại động để sử dụng loại nhiên liệu thay khí gas nén để thay cho xăng hay dầu sáng Ngoài ra, Toyota chế tạo mẫu xe chạy điện sử dụng môtơ tạo lực chuyển động Xe hybrid kết hợp động đốt môtơ, tận dụng lợi nguồn tạo lực Xe hybrid chạy pin tạo điện dựa phản ứng hố học khí hydro khí ơxi khơng khí sau cung cấp nguồn điện cho môtơ điện để tạo lực chuyển động Công nghệ hybrid Toyota Toyota hãng xe đầu việc đầu tư phát triển công nghệ cho ô tô Trong nhiều thập niên hãng đã cho đời hàng loạt mẫu xe sử dụng động cơ, bao gồm: động xăng hỗn hợp nghèo khí cháy, động xăng phun nhiên liệu trực tiếp động diesel phun nhiên liệu trực tiếp dùng xe xe lửa “Năng lượng sạch” để bảo vệ môi trường xu phát triển chung giới Mục tiêu sản xuất loại xe thân thiện với môi trường, không tốn 10 chuyển đổi, tổ hợp MG1, MG2 máy nén hệ thống điều hòa Đường dây cáo áp giắc nối đánh dấu mầu da cam hình 4.2.6 Ắc quy phụ Loại ắc quy DC12V bố trí cố định phía sau xe, trì cung cấp dịng điện chiều ổn định cho thiết bị đèn xe, hệ thống âm thanh, ECU điều khiển v v… 17 Phần trước chúng ta đã tìm hiểu cấu tạo hệ thống hybrid xe hoàn chỉnh với phận chức vài trò chúng toàn hệ thống Bài viết giúp bạn hiểu chế độ hoạt động hệ thống hybrid chạy xe cách mà hệ thống tiết kiệm nhiên liệu 4.2.7 Các chế độ hoạt động hệ thống Hybrid Chế độ sẵn sàng khởi hành Ở chế độ này, đèn “READY” sáng lên để thông báo với người lái xe xe đã sẵn sàng chuyển bánh 18 Để khởi động xe, người lái vặn chìa khóa khởi động sang vị trí “ON” cần số giữ nguyên vị trí “P” đạp chân vào bàn đạp phanh Sau khởi động, động xe tự động quay hay ngừng quay phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát động tình trạng ắc quy cao áp, mục đích để tăng cường tiết kiệm nhiên liệu Ban đầu lượng điện từ ắc quy cao áp qua chuyển đổi cấp cho động để cấp điện cho bugi đánh lửa mô tơ khởi động làm quay trục khuỷu động Khi trình khởi động hoàn tất, động lại nạp điện trở lại cho ắc quy nhờ máy phát 19 Khi chuyển cần số sang vị trí “D” nhả bàn đạp phanh, xe bắt đầu di chuyển Lúc này, có mơ tơ điện dẫn động bánh xe chủ động quay dải tốc độ thấp Cuối trình này, động xe bắt đầu tham gia dẫn động cho xe tăng tốc dần đến dải tốc độ thông thường Chế độ chạy xe bình thường Khi xe đã đạt đến tốc độ ổn định, động mô tơ điện tham gia dẫn động cho bánh xe chủ động Cơng suất từ động chia thành hai phần: phần dẫn động cho bánh xe chủ động, phần dẫn động làm quay mát phát điện Dòng điện sinh từ máy phát qua chuyển đổi đến làm quay mô tơ điện Sự phân bố công suất động vậy nhằm tối ưu hóa tiết kiệm nhiên liệu Khi cần thiết, công suất dư thừa sinh từ động máy phát tiếp nhận để nạp điện trở lại cho ắc quy cao áp Ở chế độ tăng tốc tối đa 20 ... Với tất công nghệ tiên tiến, khả tiết kiệm nhiên liệu giảm khí thải mình, xe hybrid thường xem xe tương lai Chắn chắn, với model hybrid xuất model phát triển, công nghệ đóng vai trị tranh ngành. .. trưng công nghệ THS II có nghĩa Động Hybrid Toyota II, cơng nghệ cho dịng xe Toyota Công nghệ cho phép xe đạt gia tốc lớn gia tốc mẫu xe thơng thường có động lít nhờ có phối hợp môtơ tạo công. .. tiến học, tinh lọc động công nghệ tiên tiến xe Hybrid Xe hybrid kết hợp tiến ngành ô tô, công nghệ tiên tiến tinh lọc động cơ; nhiều công nghệ kỹ sư chế tạo xe đua phát triển Tất xây dựng nỗ lực