Bộ phân chia công suất (PSD) thực chất là một hệ bánh răng hành tinh trong đó:
- Vành răng bao liên kết với tổ hợp motor-máy phát số 2 (MG2). Trục vành răng bao cũng là trục ra của bộ phân chia công suất, truyền momen qua một hệ bánh răng tới trục bánh xe.
- Giá của các bánh răng vệ tinh liên kết với trục ra động cơ nhiệt.
Hình 2.19: Sơ đồ cấu tạo bộ phân chia công suất PSD
Chế độ khởi động
Hình 2. 20: Bộ PSD ở chế độ khởi động
Ngay lập tức sau khi nhấn nút khởi động hoặc hoặc nhấn bàn đạp ga để kích hoạt, hệ thống hybrid sẽ hoạt động trở lại.
Thành phần được mô tả ở trung tâm là motor nhỏ, còn được biết đến là MG1 sẽ bắt đầu quay theo chiều kim đồng hồ, 4 bánh răng hành tinh ăn khớp ngoài với nó sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ. Khi tốc độ tăng lên, momen sinh ra sẽ tác động lên cần giữ 4 bánh răng hành tinh, làm cần bắt đầu xoay. Do cần được nối với trục khuỷu động cơ nên nhờ vậy động cơ bắt đầu khởi động.
Ngoài ra cần lưu ý rằng 4 bánh răng hành tinh cũng ăn khớp với vành răng ngoài, tuy nhiên nhưng động năng không được truyền cho vành răng ngoài mà các bánh răng hành tinh tự quay quanh mình, do vậy bánh xe không dịch
chuyển. Nhưng nếu các bánh xe đã trong quá trình chuyển động, quá trình khởi động cũng diễn ra tương tự, điểm khác biệt duy nhất đó là motor nhỏ cần ít năng lượng hơn để khởi động được động cơ.
Chế độ chạy êm:
Hình 2. 21: Bộ PSD ở chế độ chạy êm
Mặc dù quá trình này xảy ra có vẻ giống quá trình “Khởi động”, song chúng khác nhau hoàn toàn. Thay vì công suất nhận được từ bánh răng mặt trời, chúng được truyền từ vành răng bao. Motor lớn, còn được gọi là MG2 nhận điện năng từ ac-quy HV để tạo ra momen làm quay vành răng bao, truyền công suất đến các bánh xe.
Động năng của vành răng bao làm quay 4 bánh răng hành tinh. Nếu MG1 ở trung tâm được giữ lại (nhờ năng lượng điện), cần giữ 4 bánh răng hành tinh sẽ quay làm quay động cơ. Nhưng trên thực tế MG1 quay tự do, như vậy các bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh quay tự do quanh trục của nó.
Hình 2.22: Bộ PSD ở chế độ tăng tốc
Khi xe tăng tốc, cả motor lớn và động cơ nhiệt đều tham gia cung cấp động năng cho các bánh xe. Motor nhỏ cũng tham gia chuyển động quay với vai trò là một máy phát. Nó tạo ra điện năng và ngay lập tức cho motor lớn MG2 tiêu thụ.
Sự chuyển đổi linh hoạt giữa máy phát - động cơ điện này là một lợi ích vô cùng to lớn đối với tuổi thọ của ac quy, giảm được quá trình phóng nạp điện của ăc quy.
Chế độ chạy theo trớn:
Hình 2.23: Bộ PSD ở chế độ chạy theo trớn
Chế độ này tương tự “Tăng tốc”, nhưng cần ít năng lượng hơn. Số vòng quay của động cơ nhiệt giảm xuống đến lúc các bánh răng hành tinh quay theo chiều ngược lại. Quá trình này tiếp tục cho đến khi tốc độ của xe giảm xuống thấp hơn 42 MPH, lúc này động cơ nhiệt sẽ ngừng hoạt động và hệ thống chuyển sang chế độ “Thả trôi”.
Hình 2.24: Bộ PSD ở chế độ chạy lùi
Khi động cơ nhiệt ngừng hoạt động, motor nhỏ sẽ quay để dẫn động các bánh răng hành tinh. Kết quả là motor lớn quay theo, nhưng theo hướng ngược lại. Động cơ nhiệt có thể bị khởi động trong khi xe chạy lùi, tuy nhiên lúc này chế độ chạy lùi vẫn tiếp tục diễn ra. Động cơ điện nhỏ chỉ cần quay nhanh hơn để bù đắp sự thay đổi tốc độ bên trong, giữ xe chuyển động cùng tốc độ.
Đây là một thiết kế đơn giản nhưng rất tinh tế, cung cấp một loạt các chế độ linh hoạt chỉ với một vài bộ phận nhỏ tham gia liên tục và lâu dài.
Chế độ chạy lùi khi động cơ nhiệt hoạt động:
Hình 2.25: Bộ PSD ở chế độ chạy lùi khi động cơ nhiệt hoạt động
Ở một vài thời điểm của chế độ “Chạy lùi”, động cơ nhiệt có thể bị khởi động. Khi điều này xảy ra, nó làm giảm động năng có ích truyền đến các bánh xe. Song việc động cơ khởi động cung cấp đồng thời nhiệt năng và điện năng nên điều này có thể chấp nhận được. Chế độ này rất tiện lợi vì đã loại bỏ hoàn toàn số lùi truyền thống như trên các xe khác.
Chế độ thả trôi xe:
Hình 2.26: Bộ PSD ở chế độ thả trôi xe
Khi không còn cần năng lượng từ các nguồn động lực, tốc độ của xe thấp hơn 42 MPH, động cơ nhiệt sẽ tắt hoàn toàn, song các bánh răng hành tinh vẫn tiếp tục quay còn cần giữ chúng thì đứng yên nhờ đó các động cơ điện quay tự do, điều này cũng tương tự như xe đang về số 0 đối với các xe số sàn thông thường.
CHƯƠNG III: BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA 3.1. Sửa chữa động cơ Hybrid rất nguy hiểm
Hình 3. 3: Động cơ Hybrid
Các xe hybrid như Toyota Prius và Ford Escape, chiếc xe khởi động ở chế độ điện hoàn toàn để tiết kiệm xăng. Sau đó xe khởi động động cơ và
chuyển sang chế độ xăng khi xe đạt tốc độ nhất định. Động cơ điện cũng có thể hoạt động song song với động cơ xăng để tăng sức mạnh.
Trong khi đó các xe hybrid khác, chẳng hạn như Saturn View và Honda Civic, không có chế độ điện hoàn toàn. Thay vào đó, xe sử dụng pin hybrid và động cơ điện chủ yếu cho hệ thống khởi động / dừng động cơ giúp tiết kiệm xăng khi xe dừng lại hoặc để tăng sức mạnh động cơ khi tăng tốc hoặc vượt.
3.1.1. Mức điện áp của các xe Hybrid
Theo quy định, xe hybrid có chế độ lái điện hoàn toàn sử dụng pin điện áp cao hơn so với loại không có chế độ điện hoàn toàn. Bộ pin trong Honda Insight và Civic Hybrid được đánh giá ở mức 144 volt. Pin Toyota Prius thế hệ 1 2001-2003 được đánh giá ở mức 273,6 volt. Trong khi Prius thế hệ thứ 2 2004-2008 được đánh giá ở mức 201,6 volt. Ford Escape Hybrid có pin mạnh nhất trong tất cả, ở mức 330 volt!
3.1.2. Mức điện áp DC (dòng một chiều) nguy hiểm với con người
Tuy dòng điện 1 chiều có cấu tạo khác với dòng điện xoay chiều. Nhưng người sử dụng vẫn cần lưu ý là điện giật ảnh hưởng bởi 2 yếu tố chính: Điện áp và cường độ dòng điện. Một trong 2 thành phần này khi đạt ngưỡng nhất định. Sẽ làm ảnh hưởng đến tính mạng con người.
Điện áp: Khác với dòng điện xoay chiều AC mức nguy hiểm có thể gây chết người là 110V thì dòng DC ở mức 55 đến 60 volt. Điều này minh chứng cho việc sửa chữa dòng xe động cơ đốt trong truyền thống sử dụng mạng lưới điện DC 12V hay 24V, người thợ rất ”vô tư” đấu nối mà không ”sợ” gì cả.
Cường độ dòng điện: Với giá trị từ khoảng 10 mA trở lên là đã có thể gây ra cảm giác tê giật mạnh, co các cơ bắp trên cơ thể người.
Ta thấy rằng, xe hybrid có thể đạt được các thông số điện áp và cường độ dòng điện như trên. Vì vậy hoàn toàn xảy ra trường hợp điện một chiều giật, thậm chí gây tử vong.
3.1.3. Thợ sửa xe phải làm gì trước khi bắt đầu sửa chữa dòng Hybrid
Thông thường các xe hybird đều có công tắc an toàn hoặc cơ chế ngắt kết nối để ngắt kết nối pin khỏi hệ thống điện của xe. Vị trí của công tắc an toàn ngắt kết nối pin và quy trình ngắt kết nối sẽ thay đổi từ theo các phiên bản đời xe. Hãy tham khảo hướng dẫn sử dụng hoặc tài liệu dịch vụ để biết chi tiết cụ thể. Khi sữa chữa nên đeo găng tay cách điện cao áp.
Hình 3. 4: Công tắc của Toyota
Một mẹo nhỏ, hãy chờ sau 15 phút từ khi tắt dừng động cơ xe và pin hybird rồi mới bắt đầu công tác sửa chữa.
3.2. Quy trình bảo dưỡng và sửa chữa động cơ Hybrid Quy trình thay Pin xe Toyota Corolla Cross Quy trình thay Pin xe Toyota Corolla Cross
TT Công việc Nội dung Dụng cụ, thiết bị
Yêu cầu kỹ thuật
1 Chuẩn bị -Chúng ta cần chuẩn bị những trang thiết bị cần thiết khi thay pin
- Giẻ lau, gang tay cách điện cao áp
- Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
-Tua vít, cờ lê, khẩu, tròng… - Pin thay thế - Đồng hồ đo điện áp -Dụng cụ đảm bảo tiêu chuẩn
2 Tháo pin -Ngắn kết nối pin, tránh đẻ dòng điện hở
-Tháo phần vỏ của pin
-Giẻ lau, găng tay cách điện cao áp
-Cờ lê, tua vít…
-Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, quy trình thực hiện
-Đảo bảo an toàn điện
3 Đo điện áp -Tháo các dây cáp pin
-Dùng đồng hồ đo đo điện áp của từng pin và chuẩn đoán pin có thể sử dụng -Đồng hồ đo -Găng tay cách điện -Đảm bảo an toàn điện
-Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
4 Thay thế -Dùng pin thay thế và lắp đặt vào vị trí -Nối dây cáp và và đóng nắp pin -Pin cần thay thế -Cờ lê, tua vít, đồng hồ đo -Đảm bảo an toàn điện -Đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật
5 Kiểm tra -Khởi động lại xe và kiểm tra lại
trạng thái hoạt động của xe
-Xe khởi động, pin hoạt động đúng công suất.
KẾT LUẬN
Sau một quãng thời gian tìm hiểu nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu động cơ Hybrid của xe Toyota Cross HV”, em đã nghiên cứu được tổng thể về hệ thông làm mát động cơ, cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống làm mát động cơ cũng như các bộ phận chính của hệ thống động cơ Hybrid của xe Toyota Cross HV
Trong đề tài này em đi sâu vào tìm hiểu nguyên lí hoạt động của động cơ Hybrid và các chi tiết, bộ phận cấu thành hệ thống động cơ. Phần đầu đồ án trình bày khái quát về hệ thống, công dụng và phân loại các dạng động cơ Hybrid. Giới thiệu động cơ Hybrid sẽ được sử dụng phổ biến trong tương lai. Phần trung tâm của đồ án trình bày đặc điểm và nguyên lí về hệ thống điều khiển của động cơ. Đi sâu tìm hiểu các bộ phận chi tiết chính cấu của động cơ. Phần cuối cùng của đồ án trình bày về các hư hỏng thường gặp trên từng bộ phận và phương pháp bảo dưỡng, sửa chữa.
Do kiến thức còn hạn hẹp, thời gian hẹn chế và điều kiện thực tế cũng như tài liệu còn ít. Đồ án của em không thể tránh khỏi được những thiếu sót, em rất mong được thầy cô và các bạn giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này được tốt nhất. Cuối cùng em xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo trong khoa “Công nghệ kĩ thuật ô tô” và đặc biệt cảm ơn thầy giáo TRỊNH ĐẮC PHONG đã tận tình chỉ bảo để em hòa thành đồ án được tốt nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Toyota Corrolla Cross HV Owner Manual • Toyota Corrolla Cross HV THS control • Toyota Corrolla Cross 2020 Repair Manual
• Nguyễn Tất Tiến, Vũ Thị Lạt. Hệ Thống Nhiên Liệu Và Tự Động Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Đốt Trong. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 1998 • Nguyễn Hữu Nam. Trang Bị Điện Trên Ôtô Hiện Đại. Nhà xuất bản Khoa học kĩ thuật, 2003.
• Trịnh Chất, Lê Văn Uyển. Tính Toán Thiết Kế Dẫn Động Cơ Khí (Tập 1,2) Nhà Xuất Bản Giáo Dục 2007
• Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E. Gay, Ali Emadi. Modern electric, Hybrid electric and Fuel cell vehicles 2009
• Toyota hybrid system. Tài liệu tham khảo của hãng Toyota.
• Yuliang Leon Zhou. Modeling and Simulation of Hybrid Electric Vehicles. B. Eng., University of Science & Tech. Beijing, 2005
• W. K. Yap, and V. Karri. Modeling and Simulation of a Hybrid Scooter. World Academy of Science, Engineering and Technology 47, 2008
• Keith B. Wipke, Matthew R. Cuddy. Using an Advanced Vehicle Simulator (ADVISOR) to Guide Hybrid Vehicle. Propulsion System Development, National Renewable Energy Laboratory 1999