3.2.1. Động cơ:
Là loại động cơ 1.5 lít 1NZ-FXE có bộ thay đổi góc phân phối khí VVT-i.
Hình 3.2.1: Động cơ
*Công nghệ VVT-i (Variable Valve Timing Intelligent) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí.
Hình 3.2.2: Động cơ sử dụng hệ thống VVT-i
Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm.
Hình 3.2.3: Sơ đồ hệ thống VVT-i
Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm
phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 400 so với góc quay của trục
khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.
Hình 3.2.4: Thời điểm phối khí với động cơ VVT-i
Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ. Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xupáp giảm đi để giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp. Điều này làm ổn định chế độ không tải và cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và tính khởi động.
Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng hoặc khi tốc độ cao và tải nặng. Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR (tuần hoàn khí thải) nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp.
Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupáp nạp thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị trí trục cam.
Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i và van điều khiển dầu phối phí trục cam để điều khiển đường đi của dầu.
Bộ điều khiển VVT-i
Hình 3.2.5: Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i
Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam nạp.
Áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi để thay đổi liên lục thời điểm phối khí của trục cam nạp.
Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam
Hình 3.2.6: Van điều khiển
Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển (Tỷ lệ hiệu dụng) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấp đến bộ điều khiển VVT-i đế phía làm sớm hay làm muộn. Khi động cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupáp nạp được giữ ở góc muộn tối đa.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam
nạp tương ứng với vị trí nơi mà đặp áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí.
ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupáp tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.
Hình 3.2.7: Trạng thái làm thời điểm phối khí sớm
Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí.
Hình 3.2.8: Trạng thái làm thời điểm phối khí muộn
Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam ở vị trí như chỉ ra trong hình vẽ, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí.
Hình 3.2.9: Trạng thái giữ
ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành. Sau khi đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng như được chỉ ra trên hình vẽ, để giữ thời điểm phối khí hiện tại.
3.2.2. MG1 và MG2
Cả 2 MG1 (Motor Generator 1) MG2 (Motor Generator 2) được thiết kế nhỏ gọn, có hiệu suất cao, là loại nam châm vĩnh cửu đồng bộ.
Nó hoạt động như một nguồn cung cấp điện cho động cơ khi cần thiết, motor điện sẽ giúp cho xe đạt được sự tối ưu về hiệu suất động lực học. Khi hãm điện động thì MG2 biến đổi năng lượng động lực thành năng lượng điện và được lưu trữ lại vào bình HV.
Hình 3.2.10: MG1 và MG2
MG1 sẽ nạp lại cho bình và cung cấp điện để dẫn động MG2, ngoài ra nó còn điều chỉnh số lượng điện được tạo ra (do sự biến đổi tốc độ của máy phát) MG1 điều
khiển chức năng truyền lực của hộp số. Ngoài ra MG1 còn có chức năng khởi động để khởi động động cơ.
Một hệ thống làm mát cho MG1, MG2 bằng hệ thống bơm nước đã được thêm vào:
Thông số kỹ thuật của MG1
Các bộ phận Toyota prius
Loại Mô tơ loại nam châm vĩnh cửu
Chức năng Phát điện và khởi động động cơ
Điện áp cao nhất ( V) AC 500
Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước
Thông số kỹ thuật của MG2
Toyota prius
Loại Mô tơ loại nam châm vĩnh cửu
Chức năng Máy phát điện và dẫn động bánh xe
Điện áp cao nhất AC 500
Công suất đầu ra max kW/rpm 50/1200~1540
Mô men max Nm/rpm 400/0~1200
Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước
Sơ đồ đấu dây:
Hình 3.2.11: Sơ đồ đấu dây Motor nam châm vĩnh cửu (Permament magnet motor)
Khi dòng điện 3 pha đi qua đi qua những cuộn dây của Stator thì nó sẽ sinh ra 1 trường điện từ và điện được tạo ra. Từ trường liên tục được tạo ra trong motor điện, nam châm vĩnh cửu sẽ hút trường điện từ được tạo ra kết quả là tạo ra moment.
Moment đựơc tạo ra phục vụ mục đích có ích nó tương đương với sự điều khiển dòng điện và tốc độ quay bởi tần số của dòng chuyển đổi.
: Từ máy đổi điện
X : Liên kết với các bộ phận bên trong của motor
Hình 3.2.12: Motor nam châm vĩnh cữu
Trên xe Prius 2004 cấu trúc của nam châm vĩnh cửu bên trong rotor đã được thiết kế với với cấu trúc hình V nó cải thiện công suất đầu ra và moment xoắn của rotor. Công suất đầu ra đã được cải thiện hơn khoảng 50% so với đời xe 2003.
Hình 3.2.13: Nam châm kiểu V Cảm biến tốc độ
Đây là 1 thiết bị đáng tin cậy, nó dò tìm chính xác cực từ, các cực từ đó không thể thiếu trong việc điều khiển MG1và MG2.
Cảm biến gồm có 3 cuộn dây được minh họa ở hình dưới. Tín hiệu điện đưa ra ở
chân B và C được bố trí cách nhau 900. Khoảng cách khe hở giữa stator và rotor thay
đổi theo chiều quay của rotor.
Bằng cách gửi 1 dòng điện qua cuận dây A, tương ứng với nó là tín hiệu ra của vị trí rotor được tạo ra bởi cuộn dây B và C. Vị trí tuyệt đối có thể được xác định bởi sự khác biệt giữa những tín hiệu đầu ra.
Ngoài ra HV ECU sẽ đếm lượng vòng quay của rotor trong một đơn vị thời gian. Vì vậy cảm biến này được sử dụng như là một cảm biến tốc tộ rpm (revolution per minute).
Hình 3.2.14: Cảm biến tốc độ