Tài liệu động cơ Hybrid

Phần : Động hybrid I Tổng quan động hybrid Khái niệm chung Ơ tơ hybrid dòng xe sử dụng động tổ hợp, kết hợp động chạy lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động điện lấy lượng điện từ ắc-quy cao áp Điểm đặc biệt ắc-quy nạp điện với chế nạp “thông minh” xe phanh, xuống dốc…, gọi trình phanh tái tạo lượng Nhờ mà ơtơ tiết kiệm nhiên liệu vận hành động điện đồng thời tái sinh lượng điện để dùng cần thiết Xu hướng phát triển ôtô hybrid Xuất từ đầu năm 1990 nay, ôtô hybrid nghiên cứu phát triển giải pháp hiệu tính kinh tế mơi trường Có thể nói, cơng nghệ hybrid chìa khố mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên ô tơ, tơ khơng gây nhiễm mơi trường hay cịn gọi tơ sinh thái Ơtơ không gây ô nhiễm (zero emission) mục tiêu hướng tới nhà nghiên cứu chế tạo ôtô ngày Có nhiều giải pháp công bố năm gần đây, như: hoàn thiện trình cháy động cơ, sử dụng loại nhiên liệu khơng truyền thống cho ơtơ LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid) Phân loại ôtô hybrid 3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất 3.1.1 Chỉ sử dụng motor điện tốc độ chậm Khi ôtô bắt đầu khởi hành, motor điện hoạt động cung cấp công suất giúp xe chuyển động tiếp tục tăng dần lên với tốc độ khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước động xăng tự khởi động Để tăng tốc nhanh từ điểm dừng, động xăng phải khởi động cung cấp cơng suất tối đa Ngồi ra, motor điện động xăng hỗ trợ cho điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, leo dốc, leo núi vượt qua xe khác Do motor điện sử dụng nhiều tốc độ thấp, nên loại có khả tiết kiệm nhiên liệu lái đường phố đường cao tốc Toyota Prius Ford Escape Hybrid hai dòng điển hình thuộc loại 3.1.2 Phối hợp cần công suất cao Motor điện hỗ trợ động xăng điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, trình tăng tốc nhanh từ điểm dừng, leo dốc vượt qua xe khác, điều kiện bình thường xe chạy động xăng Do đó, hybrid loại tiết kiệm nhiên liệu đường cao tốc động xăng bị gánh nặng Điển hình Honda Civic Hybrid Honda Insight thuộc loại thứ hai Cả hai loại lấy công suất từ ắc-quy motor điện sử dụng đương nhiên làm yếu cơng suất ắc-quy Tuy nhiên, xe hybrid không cần phải cắm vào nguồn điện để sạc có khả tự sạc 3.2 Theo cách phối hợp công suất động nhiệt động điện 3.2.1 Kiểu nối tiếp Động điện truyền lực đến bánh xe chủ động, công việc động nhiệt kéo máy phát điện để phát sinh điện nạp cho ắc-quy cung cấp cho động điện Hình 1a Hệ thống hybrid nối tiếp Dòng điện sinh chia làm hai phần, để nạp ắc-quy dùng chạy động điện Động điện cịn có vai trò máy phát điện (tái sinh lượng) xe xuống dốc thực trình phanh Hình 1b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp Ưu điểm: Động đốt không hoạt động chế độ không tải nên giảm ô nhiễm môi trường, Động đốt chọn chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với loại ôtô Mặt khác động nhiệt hoạt động xe chạy đường dài quãng đường quy định dùng cho ăcquy Sơ đồ khơng cần hộp số Nhược điểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp tồn nhược điểm như: Kích thước dung tích ắc-quy lớn so với tổ hợp ghép song song, động đốt làm việc chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy nên dễ bị tải 3.2.2 Kiểu song song Dòng lượng truyền tới bánh xe chủ động song song Cả động nhiệt motor điện truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo điều kiện hoạt động khác Ở hệ thống động nhiệt đóng vai trị nguồn lượng truyền moment cịn motor điện đóng vai trị trợ giúp tăng tốc vượt dốc Hình 2a Hệ thống hybrid song song Kiểu không cần dùng máy phát điện riêng động điện có tính giao hoán lưỡng dụng làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc-quy chế độ hoạt động bình thường, tổn thất cho cấu truyền động trung gian, khởi động động đốt dùng máy phát điện để nạp điện cho ắc-quy Ưu điểm: Công suất ôtô mạnh sử dụng hai nguồn lượng, mức độ hoạt động động điện động nhiệt nên dung lượng bình ắc-quy nhỏ gọn nhẹ, trọng lượng thân xe nhẹ so với kiểu ghép nối tiếp hỗn hợp Nhược điểm: Động điện phận điều khiển motor điện có kết cấu phức tạp, giá thành đắt động nhiệt phải thiết kế công suất lớn kiểu lai nối tiếp Tính nhiễm mơi trường tính kinh tế nhiên liệu khơng cao Hình 2b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song 3.2.3 Kiểu hỗn hợp Hệ thống kết hợp hai hệ thống nối tiếp song song nhằm tận dụng tối đa lợi ích sinh Hệ thống lai nối tiếp có phận gọi "thiết bị phân chia công suất" chuyển giao tỷ lệ biến đổi liên tục công suất động nhiệt động điện đến bánh xe chủ động Tuy nhiên xe chạy theo "kiểu êm dịu" với động điện Hệ thống chiếm ưu việc chế tạo xe hybrid Hình 3a Hệ thống hybrid hỗn hợp Hình 3b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp II Các phận II.1 Mơ hình tổng qt ôtô hybrid Hình 2.1 Một dạng ôtô Hybrid kiểu phối hợp cơng suất song song Hình 2.2 Một dạng ơtơ hybrid kiểu hỗn hợp Ghi chú: Engine: Động đốt ECM: Electric Control Module - Bộ phận điều khiển điện tử cho động HV ECU: Hybrid Vehicle ECU- ECU điều khiển kết hợp ôtô hybrid Shift Postion Sensor: Cảm biến vị trí tay số Brake ECU: ECU điều khiển phanh HV Battery: High Volt Battery- Ắc-quy điện áp cao Inverter with Converter: Bộ chuyển đổi điện Hybrid Transaxle: Hộp số kết hợp với phân phối công suất Acceleration Pedal Position Sensor: Cảm biến vị trí bàn đạp ga 2.2 Động đốt Là nguồn động lực chính, ơtơ hybrid dùng động xăng, động Diesel, động Hydro, khí hóa lỏng pin nhiên liệu 2.3 Hộp số phân phối công suất (Hybrid Transaxle) Cụm bánh hành tinh hộp số đóng vai trị chia cơng suất có nhiệm vụ chia cơng suất từ động xe thành hai thành phần tạm gọi phần dành cho phần dành cho điện Các bánh hành tinh truyền cơng suất đến động chính, động điện – máy phát bánh xe chủ động hầu hết điều kiện khác Các bánh hành tinh hoạt động cấu truyền động biến đổi liên tục (CVT- Continuously Variable Transmission) Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo phân phối công suất 2.4 Motor điện máy phát điện Tổ hợp motor điện – máy phát số (MG1-Motor Generater 1) có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc-quy điện áp cao (HV Battery), đồng thời cấp điện để dẫn động cho MG2 (MG2-Motor Generater 2) MG1 hoạt động motor để khởi động động xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền truyền bánh hành tinh gần giồng CVT Tổ hợp motor điện – máy phát số (MG2) có nhiệm vụ dẫn động cho bánh xe chủ động tiến lùi xe Trong suốt trình giảm tốc phanh xe, MG2 hoạt động máy phát hấp thu động (còn gọi trình hãm tái sinh lượng) chuyển hóa thành điện để nạp lại cho ắc-quy điện áp cao 2.5 Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter) Bộ chuyển đổi biến dòng điện chiều từ ắc-quy điện áp cao (HV Batterry) thành dòng xoay chiều làm quay motor điện biến dòng xoay chiều từ máy phát thành dịng điện chiều để nạp điện cho ắc-quy Hình 2.5 Bộ chuyển đổi điện sơ đồ nguyên lý hoạt động Về cấu tạo, gồm khuếch đại điện để tăng điện áp cung cấp lên đến 500V đồng thời trang bị chuyển đổi dòng chiều để nạp điện cho ắc-quy phụ xe chuyển đổi dòng xoay chiều để cấp điện cho máy nén hệ thống điều hòa xe hoạt động 2.6 Ắc-quy điện áp cao (HV Battery - High Volt Battery) Ắc-quy xe bảo vệ vỏ niken-kim loại hyđrua chắn có mật độ lượng cao so với bình thường Thường gồm 120-250 cặp cực ắc-quy với điện áp chuẩn 144V-350 Volt (1,2V/cặp cực ắc-quy) nạp điện động thơng qua tổ hợp MG1 xe chạy bình thường tổ hợp MG2 suốt trình hãm tái sinh lượng 2.7 Cáp nguồn Cáp nguồn hay cáp công suất xe hybrid dùng để truyền dịng điện có cường độ điện áp cao thiết bị ắc-quy điện cao áp, chuyển đổi, tổ hợp MG1, MG2 máy nén hệ thống điều hòa Đường dây cao áp giắc nối đánh dấu mầu da cam hình 2.8 Ắc quy phụ Loại ắc-quy DC12V bố trí cố định phía sau xe, trì cung cấp dòng điện chiều ổn định cho thiết bị đèn xe, hệ thống âm thanh, ECU điều khiển v v… Hình 12 Ắc-quy phụ ơtơ hybrib III Các chế độ làm việc 3.1 Khởi động động xe chạy Nếu mômen dẫn động yêu cầu tăng lên xe chạy với MG2, MG1 kích hoạt để khởi động động Tương tự, có hạng mục ECU kiểm sốt tình trạng SOC, nhiệt độ ắc quy, nhiệt độ nước điều kiện tải điện lệch so với mức tiêu chuẩn, MG1 kích hoạt để khởi động động (MG1 hoạt động chế độ động cơ) 3.2 Tăng tốc nhẹ với động Ở tốc độ trung bình (15-40 mph), động đốt hoạt động cung cấp lượng, MG2 hoạt động đồng thời động điện sử dụng lượng điện hổ trợ MG1 quay đồng thời với động (được kéo động cơ) đóng vai trị máy phát điện, cung cấp lượng cho MG2 3.3 Tốc độ thấp ổ định Khi xe chạy chế độ tải thấp, truyền hành tinh chia công suất động hai phần Một phần truyền đến bánh xe chủ động, phần lại kéo MG1 để phát điện đến biến đổi cấp cho MG2 hoạt động bổ sung công suất đến bánh xe chủ động 3.4 Tăng tốc tối đa Khi xe chuyển từ chế độ tải thấp sang chế độ tăng tốc mạnh, hệ thống bổ sung điện ắc quy HV vào lực truyền động MG2 3.5 Tốc độ cao ổn Khi định xe chạy tốc độ cao ổn định động MG2 hoạt động, MG1 hoạt động chế độ phanh (MG1 không 3.6 quay) Tốc độ tối đa Khi tốc độ ôtô cao (>100mph) MG2 hoạt động để bổ sung cơng suất cho động đốt trong, lúc HV Battery cung cấp điện cho hoạt động MG2, MG1 nhận phần lượng điện từ HV Battery MG1 quay ngược chiều với MG2 tạo tỷ số truyền tăng cho phép ôtô chạy với tốc độ cao IV Những tính vượt trội  Sử dụng phương pháp tái sinh lượng để tạo dòng điện nạp cho ắc-quy;  Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (động hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu nhiều so với động đốt thông thường, nửa);  Động điện dùng chế độ gia tốc tải lớn nên động đốt cần cung cấp công suất vừa đủ thiết kế động có kích thước nhỏ gọn Mặt khác, tính tốn chọn trước dãy tốc độ phù hợp nên công suất moment động đốt chọn vùng hoạt động tối ưu;  Nguồn công suất moment sau phối hợp hai động cho gần lý tưởng làm thay đổi nhiều đến đặc tính kéo bánh xe chủ động Điều cải thiện số tính ôtô khả tăng tốc, khả leo dốc…  Vì thế, ơtơ hybrid xem xu phát triển công nghệ ôtô tương lai Tài liệu tham khảo : https://news.oto-hui.com/giai-thich-ve-xe-hybrid-va-co-che-hoat-dongcua-chung/ https://www.otosaigon.com/threads/cung-tim-hieu-ve-xe-hybrid-hoatdong-nhu-the-nao.8847412/ http://dangkiemdanang.com.vn/Xemtin.aspx?baivietId=374 ... kích hoạt để khởi động động (MG1 hoạt động chế độ động cơ) 3.2 Tăng tốc nhẹ với động Ở tốc độ trung bình (15-40 mph), động đốt hoạt động cung cấp lượng, MG2 hoạt động đồng thời động điện sử dụng... nhiên liệu (động hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu nhiều so với động đốt thông thường, nửa);  Động điện dùng chế độ gia tốc tải lớn nên động đốt cần cung cấp cơng suất vừa đủ thiết kế động có... truyền động hệ thống hybrid nối tiếp Ưu điểm: Động đốt không hoạt động chế độ không tải nên giảm ô nhiễm môi trường, Động đốt chọn chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với loại ôtô Mặt khác động nhiệt