Khởi đầu là một chiếc xe chạy hoàn toàn bằng điện song nhà thiết kế Ferdinand Porsche đã bổ sung thêm động cơ đốt trong để sạc lại pin năng lượng cho xe và đó là khi nó trở thành chiếc x
GIỚI THIỆU
Lý do chọn đề tài
Động cơ đốt trong đã mở ra một kỷ nguyên mới cho sự phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật của nhân loại sau hơn một thế kỷ xuất hiện Nó đóng vai trò quan trọng trong các phương tiện vận tải thủy bộ và trong sản xuất nông nghiệp, trở thành phần không thể thiếu của hoạt động sản xuất công nghiệp hiện đại Tuy nhiên, hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong còn hạn chế do sử dụng nhiên liệu chính là xăng và dầu để đốt cháy Sau một thời gian dài hoạt động, nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt, đồng thời khí thải từ quá trình đốt cháy gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khoẻ con người.
Theo báo cáo năm 2018 của Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA), giao thông vận tải đóng góp 24.34% lượng khí thải carbon mỗi năm, trong đó ô tô hạng nhẹ, ô tô tải và ô tô bus lần lượt chiếm 44%, 27% và 6% Quá trình đốt nhiên liệu phát sinh nhiều khí thải độc hại như SO2, NO2, CO, bụi mịn (TSP, PM10, PM2.5), cùng với khí VOC, Benzen, Toluen do rò rỉ và bốc hơi nhiên liệu trong quá trình vận hành Các hãng xe đã nghiên cứu phát triển công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu suất động cơ, tăng cường dòng nạp và kiểm soát khí thải để giảm thiểu ô nhiễm Tuy nhiên, ô nhiễm không khí do khí thải xe máy vẫn là mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng và sự phát triển kinh tế ở các đô thị lớn, bởi các chất độc như CO, NO2, SO2, HC trong khí thải xe máy có thể gây ra nhiều bệnh nguy hiểm về hô hấp, tim mạch, vô sinh và ung thư về lâu dài.
Ô nhiễm không khí tại các thành phố lớn ngày càng gia tăng do sự phát triển nhanh chóng của phương tiện giao thông, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng Việc ô nhiễm không khí không chỉ gây hại cho môi trường mà còn đe dọa trực tiếp đến sức khỏe của mọi người Vì vậy, chúng ta cần nâng cao ý thức và hành động để giảm thiểu ô nhiễm không khí, bảo vệ sức khỏe của chính mình và cộng đồng.
2 của bạn và gia đình trước khi quá trễ bằng các biện pháp làm giảm tải lượng khí độc hít vào cơ thể, tạo ra môi trường sống trong lành, sảng khoái hơn ngay tại chính nơi chúng ta sinh sống
Hình 1.1 Lượng phương tiện giao thông đông dẫn đến ô nhiễm [16]
Việc cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch đang là mối quan tâm hàng đầu của thế giới do hơn 80% nguồn năng lượng toàn cầu đến từ nhiên liệu hóa thạch, chủ yếu dùng để sản xuất điện, sưởi ấm và làm nhiên liệu cho ô tô, máy bay Tuy nhiên, việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch đang gia tăng mạnh mẽ do các quốc gia thoát nghèo và nhu cầu năng lượng ngày càng lớn, gây áp lực nghiêm trọng lên nguồn tài nguyên này Mặc dù các phương pháp sử dụng năng lượng hiệu quả giúp giảm bớt gánh nặng tiêu thụ, nhưng vẫn chưa đủ để đáp ứng nhu cầu phát triển không ngừng của thế giới Một xu hướng nổi bật hiện nay là ứng dụng công nghệ lai (hybrid) trong phương tiện giao thông, kết hợp động cơ đốt trong và động cơ điện nhằm tối ưu hóa hiệu quả năng lượng và giảm khí thải.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Ở các nước phát triển, người ta đã thực hiện nghiên cứu về xe lai từ lâu và được coi là một trong những giải pháp then chốt trong vấn đề bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế đất nước
Năm 1900, chiếc xe điện Lohner-Porsche Elektromobil ra mắt tại Triển lãm Paris Exposition, đánh dấu bước ngoặt trong lịch sử ô tô Ban đầu, đây là chiếc xe chạy hoàn toàn bằng điện, nhưng nhà thiết kế Ferdinand Porsche đã sáng tạo bằng cách bổ sung động cơ đốt trong nhằm sạc lại pin nhiên liệu cho xe Sáng kiến này khiến xe Lohner-Porsche trở thành chiếc xe hybrid đầu tiên trên thế giới, mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ ô tô lai.
Hiện nay, xe chạy hybrid đã trở nên phổ biến trên thị trường ô tô Nhiều hãng xe hàng đầu như GM, Honda, Hyundai, Mercedes-Benz và Toyota đã giới thiệu các mẫu xe sử dụng công nghệ hybrid mới nhất Các hãng tập trung phát triển các dòng xe hybrid nhằm nâng cao hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu, tối ưu công suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Việc này giúp người tiêu dùng có thêm lựa chọn xe bền vững, thân thiện với môi trường và phù hợp với xu hướng ngày càng chú trọng vào phát triển bền vững trong ngành công nghiệp ô tô.
Trong bối cảnh giá cả tương đối cao và vấn đề tiếp nhiên liệu phức tạp, các xe này cần vượt qua nhiều rào cản để thu hút khách hàng Tuy nhiên, dù đối mặt với những thách thức này, các nghiên cứu trong nước vẫn tập trung vào việc tìm kiếm giải pháp nâng cao hiệu quả và giảm chi phí cho xe, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô trong nước.
Hiện nay tại Việt Nam, nghiên cứu và phát triển xe lai còn đang trong giai đoạn sơ khai, chủ yếu ở dạng các đề tài khoa học hoặc luận văn.
Hình 1.2 Chiếc xe hybrid đầu tiên [18]
Mục tiêu đề tài
Khí thải trong quá trình cháy của động cơ đốt trong là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường và áp lực lên nguồn nhiên liệu hóa thạch Dự án này nhằm cung cấp kiến thức về dòng xe Toyota Corolla Cross và hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của động cơ hybrid Chúng tôi đã thiết lập mô hình thử nghiệm trên xe máy để nghiên cứu các đặc tính nổi bật của động cơ hybrid Hy vọng đề tài cũng hỗ trợ sinh viên Trường Đại học Công nghệ TP HCM trong quá trình học tập, giúp các bạn có cái nhìn thực tế hơn về xe hybrid và tiềm năng của công nghệ này trong tương lai.
Nhiệm vụ đề tài
Nhiệm vụ của đề tài được thực hiện với các nhiệm vụ sau:
- Nghiên cứu, tìm hiểu, về động cơ lai Cụ thể là động cơ xe Toyota Corolla Cross.
- Tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình động cơ lai dùng điện - xăng.
- Lắp đặt mô hình động cơ lai dùng xăng - điện trên xe máy.
- Kiểm tra, tính thực nghiệm và hoàn thiện mô hình.
Phương pháp nghiên cứu
- Tham khảo tài liệu, thu thập thông tin trên mạng, các tờ báo về cấu tạo và điều khiển động cơ và các bài giảng cũ của thầy cô
- Đi tìm hiểu các thiết bị điều khiển động cơ thực tế để đem đi nghiên cứu và đem ra thực hành lắp đặt
- Chạy thử mô hình sau khi đã tạo ra một mô hình phù hợp và hoạt động một cách ổn định để trình bày
- Cần sự sáng tạo trong mô hình tạo ra
Phạm vi nghiên cứu
Thông qua đề tài này chúng ta sẽ đi vào nghiên cứ về dòng xe hiện đại Toyota Corolla Cross Hybrid 2020 bao gồm như:
- Hệ thống, trang thiết bị
- Giảm thiểu ô nhiễm, tiết kiệm nhiên liệu
Chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp điều khiển hiện nay, cũng như cách thực hiện mô hình thực tế trên xe gắn máy Các kỹ thuật này góp phần nâng cao hiệu suất và an toàn trong vận hành xe, đồng thời giúp áp dụng công nghệ mới vào thực tế Việc nắm vững các phương pháp điều khiển sẽ giúp phát triển các hệ thống thông minh, tối ưu hóa trải nghiệm người dùng và phù hợp với xu hướng ngày càng hiện đại của ngành công nghiệp ô tô hai bánh.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu này góp phần đề xuất các giải pháp cải tiến động cơ đốt trong, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ, kéo dài tuổi thọ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Áp dụng các giải pháp này còn giúp giảm tải sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, từ đó giảm bớt gánh nặng cho nguồn tài nguyên thiên nhiên.
Kết cấu đề tài
Nội dung trình bày bao gồm:
- Chương 1: Giới thiệu đề tài
- Chương 2: Tổng quan xe hybird
- Chương 3: Xe Toyota Corolla Cross 1.8HV
- Chương 4: Quy trình thiết kế sản phẩm
- Chương 5: Thi công sản phẩm
- Chương 6: Đánh giá kết quả và kết luận
TỔNG QUAN XE HYBRID
Khái niệm xe lai, phân loại
Xe hybrid hay xe lai là giải pháp kết hợp giữa động cơ nhiệt và động cơ điện nhằm mở rộng phạm vi hoạt động, nâng cao hiệu suất và giảm ô nhiễm môi trường Phân loại xe hybrid bao gồm Hybrid nối tiếp (Series Hybrid), mô hình lâu đời nhất đã được ứng dụng trên đầu máy xe lửa và tàu thủy từ thế kỷ trước Trong xe hybrid nối tiếp, động cơ điện trực tiếp truyền lực cho bánh xe, đòi hỏi motor điện có công suất lớn dẫn đến kích thước khá lớn, và xe vẫn sử dụng động cơ xăng để tạo ra nguồn điện cung cấp cho động cơ điện, hoạt động như một máy phát điện thực thụ.
Hiện nay, hầu như không còn chiếc xe lai nào sử dụng nền tảng truyền thống này Tuy nhiên, nền tảng lâu đời nhất vẫn còn được ứng dụng trên các ô tô chạy bằng pin nhiên liệu hydrogen, thay vì động cơ xăng truyền thống để tạo ra dòng điện.
- Ưu điểm: Động cơ xăng chủ yếu chỉ hoạt động khi chạy xe đường dài nên giúp tiết kiệm xăng và giảm ô nhiễm môi trường
Hệ thống hybrid này có nhược điểm lớn là dung tích và kích thước của ắc quy cần lớn để đáp ứng vai trò truyền lực chính của động cơ điện, gây khó khăn về không gian và trọng lượng Động cơ xăng dễ bị quá tải vì phải liên tục cung cấp năng lượng cho hệ thống điện và ắc quy, dẫn đến tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn Trong mô hình hybrid song song, động cơ xăng chủ yếu cung cấp sức mạnh cho xe, còn động cơ điện hỗ trợ trong các tình huống cần tăng tốc mạnh, như vượt mặt hoặc leo đèo, giúp giảm tải cho động cơ xăng và nâng cao hiệu suất vận hành.
Khi lượng pin còn đủ lớn, động cơ điện sẽ thay thế hoàn toàn động cơ xăng trong những tình huống xe di chuyển chậm và không yêu cầu nhiều sức mạnh Trong mô hình này, hệ thống tái tạo năng lượng phanh (Regenerative Braking) đóng vai trò chính trong việc sạc pin, thay vì động cơ điện Do đó, quá trình phục hồi năng lượng của cụm pin diễn ra khá chậm, ảnh hưởng đến khả năng duy trì mức năng lượng sẵn có trên xe.
Toyota Prius nổi tiếng với khả năng truyền năng lượng cho bánh xe qua ba phương pháp: sử dụng động cơ, mô tơ điện hoặc kết hợp cả hai nhằm tối ưu hóa hiệu suất Khi bắt đầu di chuyển và duy trì tốc độ khoảng 25 km/h, Prius chủ yếu hoạt động dựa vào mô tơ điện để tiết kiệm nhiên liệu trong điều kiện thành phố Động cơ xăng sẽ tự động tắt khi xe tăng tốc hoặc vận hành trên địa hình phức tạp, chỉ hoạt động khi cần thiết Hệ thống phanh tái sinh của Prius giúp chuyển đổi năng lượng dư thừa khi giảm tốc hoặc phanh thành điện năng, lưu trữ trong pin cho các lần sử dụng tiếp theo Toyota áp dụng công nghệ này không chỉ trên Prius mà còn trên các mẫu xe như Yaris, Auris hatchback và Prius+; đồng thời, nhiều thương hiệu ô tô danh tiếng như Audi, BMW, Citroen, Land Rover, Lexus, Mercedes-Benz, Peugeot, Porsche và Volkswagen cũng tích hợp hệ thống truyền năng lượng tương tự để nâng cao hiệu quả vận hành.
- Ưu điểm: Xe đạt công suất cao hơn do có hai nguồn truyền lực Dung tích và kích thước ắc quy không quá lớn
- Nhược điểm: Hệ thống có cấu tạo phức tạp, chi phí sản xuất cao c Hybrid song song kết hợp (Mild Parallel Hybrid)
Các mô hình hybrid sử dụng động cơ điện nhỏ gọn dưới 20 kW để tự động dừng/khởi động, cung cấp trợ lực tăng tốc và tái tạo năng lượng trong quá trình giảm tốc nhờ công nghệ Regenerative Braking Trong đó, hybrid nối tiếp – song song (Series-Parallel Hybrid) kết hợp cả hai phương pháp truyền động để tối ưu hiệu suất nhiên liệu và khả năng vận hành của xe.
Mô hình Hybrid Hybrid là sự kết hợp của hai dạng truyền động điện và động cơ đốt trong, tạo thành cấu trúc phức tạp nhất và có chi phí sản xuất cao nhất Tuy nhiên, xe Series-Parallel Hybrid mang lại giá trị vượt trội với mức tiêu thụ nhiên liệu tối ưu và thời gian sử dụng pin lâu dài Ngoài ra, xe Hybrid này còn đạt tốc độ tối đa cao hơn so với các nền tảng hybrid khác, đảm bảo hiệu suất vận hành vượt trội.
Trong mô hình Hybrid, sức mạnh từ động cơ xăng và động cơ điện được kết hợp linh hoạt để tối ưu hiệu suất hoạt động của xe Động cơ xăng đóng vai trò là nguồn năng lượng chính, trong khi động cơ điện hỗ trợ khi cần thiết, giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm khí thải Điện năng được lưu trữ trong cụm pin Li-ion, luôn sẵn sàng cung cấp năng lượng nhờ hệ thống tái tạo năng lượng phanh (Regenerative Braking) và sự chuyển đổi từ năng lượng động cơ xăng trong mô hình Series Hybrid.
Hệ thống quản lý chế độ lái và điều kiện vận hành thông minh của các xe trang bị nền tảng Series-Parallel Hybrid giúp duy trì pin luôn được sạc đầy khi hoạt động luân phiên Nhờ đó, khả năng vận hành của xe tối ưu hơn, tăng tuổi thọ pin và đảm bảo hiệu suất cao trong quá trình sử dụng.
This system automatically detects driving conditions and remaining battery capacity to optimize operation mode—either Series or Parallel—at any given moment Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEVs) seamlessly combine electric and combustion power, enhancing efficiency and driving experience.
Xe điện Hybrid là dòng xe lai sạc điện có bộ pin lớn và có thể được sạc từ nguồn điện bên ngoài, giúp mở rộng khả năng di chuyển bằng cách lưu trữ năng lượng trong cụm pin lithium-ion Mô hình hybrid xăng – điện thường gồm hai dạng cấu tạo chính là Hybrid song song hoặc nối tiếp, cho phép xe chạy hoàn toàn bằng điện trên quãng đường dài tùy thuộc vào kích thước và bố trí pin Nhờ đó, xe Hybrid vừa tiết kiệm nhiên liệu, vừa giảm khí thải, phù hợp với xu hướng phát triển xe xanh và bền vững.
Xe điện hybrid có khả năng kết nối với nguồn điện chính tại trạm sạc để tránh tiêu thụ nhiên liệu trong quá trình vận hành, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải Với khả năng sạc pin qua nguồn điện bên ngoài hoặc khi đang di chuyển, xe plug-in hybrid mang lại lợi ích của cả xe hybrid cơ bản và xe chạy hoàn toàn bằng điện Được trang bị bộ pin lớn hơn so với xe hybrid thông thường, loại xe này có thể di chuyển quãng đường xa hơn khi vận hành bằng năng lượng điện, với phạm vi lên đến 30 dặm trong một số trường hợp, giúp tối ưu hóa hiệu quả nhiên liệu và giảm lượng khí thải.
Các chế độ làm việc
2.2.1 Chế độ bắt đầu khởi hành
Khi tài xế ấn nút khởi động xe, lúc này chỉ động cơ điện hoạt động, động cơ đốt trong vẫn trong trạng thái nghỉ, chưa hoạt động
Khi tài xế nhấn ga để xe di chuyển, cách vận hành của xe hybrid phụ thuộc vào mức độ nhấn ga Nếu nhẹ nhàng, mô tơ điện sẽ cung cấp lực kéo để đẩy xe về phía trước, còn khi đạp sâu ga, hệ thống điều khiển sẽ kích hoạt động cơ xăng hỗ trợ tăng tốc nhanh Đối với xe truyền thống, việc sử dụng động cơ đốt trong tiêu hao nhiều nhiên liệu để khởi động, nhưng xe hybrid giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng năng lượng từ pin hybrid để cung cấp nguồn năng lượng chính, giúp xe khởi động hiệu quả hơn và tiết kiệm nhiên liệu.
Khi người lái đạp thốc ga, xe hybrid sẽ lấy thêm điện từ pin để cung cấp năng lượng cho động cơ điện, đồng thời động cơ xăng hoạt động bổ sung Việc này giúp xe tăng tốc nhanh hơn, tăng mô men xoắn lên nhiều lần và vòng tua máy quay cao hơn Tuy nhiên, quá trình này cũng tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn so với hoạt động bình thường, đặc biệt khi tăng tốc đột ngột.
Xe Hybrid tận dụng năng lượng từ ba nguồn chính: động cơ đốt trong, pin hybrid và máy phát điện xoay chiều, giúp giảm tải cho động cơ và tăng hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu Nhờ đó, xe Hybrid không chỉ tối ưu hóa hiệu suất vận hành mà còn giảm lượng khí thải, góp phần bảo vệ môi trường Công nghệ này cho phép xe sử dụng năng lượng một cách hiệu quả hơn, mang lại trải nghiệm lái tối ưu và tiết kiệm nhiên liệu vượt trội.
2.2.3 Chế độ di chuyển trên đường bằng ở vận tốc ổn định
Khi xe di chuyển với vận tốc thấp và ổn định, chỉ có động cơ điện hoạt động, miễn là pin còn đủ năng lượng Tuy nhiên, khi tốc độ tăng cao, động cơ đốt trong sẽ bắt đầu hoạt động để đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu Điều này giúp xe tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải, phù hợp với các tiêu chuẩn về bảo vệ môi trường Hệ thống hybrid tự động chuyển đổi giữa động cơ điện và động cơ đốt trong dựa trên tốc độ và tình hình vận hành của xe.
10 động Ngoài việc truyền lực cho bánh xe thì nó còn cung cấp năng lượng cho máy phát điện Và cung cấp năng lượng cho động cơ xoay chiều
Xe sử dụng động cơ đốt trong khi tăng tốc sẽ tăng mô men xoắn đáng kể nhưng tiêu hao nhiều nhiên liệu hơn Trong khi đó, xe hybrid tận dụng năng lượng từ ba nguồn khác nhau gồm động cơ đốt trong, pin hybrid và máy phát điện xoay chiều để truyền năng lượng đến bánh xe Nhờ vào hệ thống này, động cơ đốt trong giảm tải đáng kể, góp phần nâng cao hiệu quả nhiên liệu và giảm khí thải.
Nó giúp xe tiết kiệm được nhiên liệu.
Cấu tạo và hoạt động của một số chi tiết chính của xe hybrid
2.3.1 Bộ điều khiển Đây là thành phần quan trọng nhất của xe hybrid và nó cũng sẽ điều khiển toàn bộ hoạt động của xe Bộ điều khiển hybird hay được gọi là HV ECU sẽ nhận thông tin từ các cảm biến và xử lý dựa vào các thông tin đó, tính toán mô men lựa chọn chế độ lai phù hợp Điều khiển động cơ và động cơ điện, máy phát phù hợp với trình trạng hiện tại mà xe đang di chuyển để tiết kiệm nhiên liệu và vận hành tốt nhất
Trong hầu hết các loại xe hybrid, thì động cơ đốt trong vẫn đóng vai trò chủ chốt trong việc cung cấp năng lượng cho xe di chuyển
Hình 2.1 Động cơ hybrid của Toyota Prius [11]
Chức năng của nó là lưu trữ năng lượng điện và cung cấp cho động cơ điện bất cứ khi nào cần thiết
Hình 2.2 Pin thường được đặc dưới sàn xe [19]
Khi nhắc đến pin, mọi người thường nghĩ ngay đến phạm vi hoạt động, tuổi thọ và kích thước của chúng, vốn thay đổi tùy thuộc vào từng loại pin Hiện nay trên thị trường, có các loại pin phổ biến như pin Lithium-ion (Li-ion), pin niken, pin côban (II) oxit, và pin sắt phosphate (FePo), đáp ứng đa dạng nhu cầu sử dụng.
Hầu hết các mẫu xe hybrid hiện đại đều sử dụng pin lithium-ion nhờ vào các ưu điểm như trọng lượng nhẹ, khả năng sạc nhanh và ít bị chai pin nhất Tuy nhiên, nhược điểm chính của loại pin này là chi phí sản xuất cao hơn so với các loại pin khác, từ đó ảnh hưởng đến giá thành của xe.
Hình 2.3 Pin niken (NiMH) trên xe Toyota Prius [19]
Pin niken (Ni-MH) là một trong những loại pin xuất hiện từ sớm trên thị trường Khác với pin Lithium-ion, pin Ni-MH sử dụng hydro, niken và titan hoặc các kim loại tương tự để lưu trữ năng lượng, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất Nhờ vào công nghệ đơn giản và nguyên liệu dễ kiếm, pin Ni-MH mang lại giải pháp kinh tế cho nhiều thiết bị điện tử và ứng dụng khác nhau.
Pin Ni-MH, khi được bảo dưỡng đúng cách, có thể có tuổi thọ rất cao và dễ tái sử dụng hơn so với các loại pin khác, đồng thời ít độc hại Tuy nhiên, nhược điểm chính của pin Ni-MH là mật độ năng lượng thấp hơn khoảng 40% so với pin Li-ion, dẫn đến việc cần có kích thước lớn hơn và nặng hơn để đạt cùng mức năng lượng, điều này làm tăng trọng lượng của xe.
Hình 2.4 Bộ chuyển đổi nguồn [19]
Hiện nay, phần lớn các động cơ và thiết bị điện trong xe ô tô đều sử dụng dòng điện xoay chiều (AC) để hoạt động hiệu quả hơn Tuy nhiên, nguồn điện từ pin xe chỉ có dạng điện một chiều (DC), gây ra sự khác biệt về loại dòng điện Do đó, bộ chuyển đổi điện đóng vai trò quan trọng trong việc biến đổi dòng điện từ DC sang AC, giúp động cơ điện có thể hoạt động ổn định và hiệu quả hơn.
Hình 2.5 Sơ đồ chuyển đổi năng lượng trên xe hybrid
Chuyển điện năng thành cơ năng, đồng thời có thể biến ngược lại chuyển cơ năng thành điện năng sạc lại pin
Hình 2.6 Máy phát điện trên động cơ hybrid [20]
2.3.6 Động cơ điện Động cơ điện dẫn động xe bằng cách chuyển năng lượng điện được lưu trữ trong pin, thành năng lương cơ học dẫn động các bánh xe
XE TOYOTA COROLLA CROSS 1.8HV
3.1 Giới thiệu chung về dòng xe Toyota Corolla Cross 1.8HV
Toyota là công ty tiên phong thương mại hóa xe hybrid trên thị trường toàn cầu, dẫn đầu về doanh số bán xe hybrid Kể từ khi ra mắt Toyota Prius vào năm 1997 với công nghệ Hybrid Synergy Drive, Toyota đã mở đường cho nhiều dòng xe hybrid khác, trong đó có mẫu Corolla Cross – một trong những xe hybrid xăng-điện mới nhất, đáp ứng xu hướng xanh hóa và tiết kiệm nhiên liệu.
- Xe Corolla Cross được trang bị hệ thống Toyota Hybrid thế hệ thứ II – THS II
Công nghệ hybrid của Toyota kết hợp động cơ truyền thống và pin hybrid để tận dụng tối đa lợi ích của mỗi nguồn năng lượng Nhờ đó, Toyota có thể nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm nhiên liệu, giúp giảm khí thải và bảo vệ môi trường Công nghệ này mang lại sự ổn định vượt trội và hiệu suất vận hành tối ưu cho người pengguna.
- Công nghệ hybrid hướng tới 4 lợi ích chính:
Tăng tốc mạnh mẽ, liền mạch
Hình 3.1 Logo công nghệ “Dẫn động hiệp lực Hybrid Synergy Drive”
Hình 3.2 Toyota Corolla Cross 1.8HV [10]
Toyota Corola Cross phiên bản 1.8HV thuộc dòng SUV 5 chỗ phiên bản động cơ hybird 1.8 lít nhập khẩu nguyên chiếc từ Thái Lan
Mã kiểu xe: Phiên bản Hybrid ZVG10L-DHXEBU
1 ZSG10: Động cơ 2ZR-FE
2 Vị trí vô lăng L: LHD (tay lái bên trái)
3 Nhà máy sản xuất D:Toyota Motor Thailand Co.Ltd (TMT)
4 Kiểu dáng H: Kiểu sedan 5 cửa
5 Kiểu sang số X: Hộp số biến thiên vô cấp CVT
7 Đặc trưng động cơ B: Động cơ chứ trình Atkinson
8 Thị trường áp dụng U: Vietnamese
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật
Kích thước tổng thể bên ngoài (D x R x C) 4460mm x 1825mm x1620mm
Chiều dài cơ sở 2640 mm
Khoảng sáng gầm xe 161 mm
Bán kính vòng quay tối thiểu 5.2 m
Trọng lượng không tải 1410 kg
Trọng lượng toàn tải 1850 kg
Dung tích bình nhiên liệu 36 lít
Dung tích khoang hành lý 440 lít
Hệ thống dẫn động Cầu trước
Hộp số Hộp số tự động vô cấp CVT
Trước MacPherson với thanh cân bằng
Sau Bán phụ thuộc, dạng thanh xoắn với thanh cân bằng
Hệ thống lái Điện (trợ lực lái điện)
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật động cơ Động cơ
Loại động cơ 2ZR-FXE
Số xylanh và cách sắp xếp 4 xylanh thẳng hàng Dung tích xylanh [cm3 (cu in.)] 1798 (109.7)
Công suất cực đại [kW @ rpm] 72 @ 5200 Moment xoắn cực đại [Nãm @ rpm] 142 @ 3600
MG1 Điện áp tối đa [V] DC 600
Công suất cực đại [kW] 53 Momen xoắn cực đại [N.m] 163 Điện áp tối đa [V] DC 600 Ắc Quy
Loại Ắc quy Nickel Metal
Hydride (Ni-MH) Điện áp danh định [V] 201.6
Sau Kiểu đòn kéo có dầm xoắn
Trước Phanh đĩa loại có rãnh thông gió
Phanh đỗ Phanh tang trống
Hệ thống điều khiển phanh
ABS, EBD, BA, TRC, VSC, HAC, Hỗ trợ chủ động khi chuyển hướng - ACA, Điều khiển phối hợp với EPS, Hỗ trợ phanh khẩn cấp
Loại Trục vít – Thanh răng
Trợ lực Trợ lực điện tử EPS
Bảng 3.3 Kích thước tổng thể
Mục [Đơn vị đo: mm] Corolla Cross
(7) Chiều rộng cơ sở Trước 1567 ∗ / 1557 ∗
Hình 3.3 Bố trí động cơ [11]
1-Động cơ nhiệt; 2-Bộ điều khiển trung tâm; 3- Bộ chuyển đổi công suất;
4-Máy phát điện; 5-Động cơ điện; 6-Pin
3.5.1 Động cơ nhiệt Động cơ 2ZR-FXE được thiết kê dành riêng cho xe Hybrid, động cơ 1.8 lít với hệ thống điều phối van biến thiên kép (Dual VVT-i) và chu trình Atkinson đem lại hiệu suất tối ưu và tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời hoạt động êm dịu hơn
Bảng 3.4 Bảng thông tin động cơ
Loại động cơ 2ZR-FXE
Số xy lanh 4 xy lanh, thẳng hàng
Cơ cấu phân phối khí 16 xupap DOHC,
Hệ thống nhiên liệu Phun xăng điện tử/ EFI
Công suất tối đa (Ps/rpm) (72)97/5200
Mô men xoắn tối đa (Nm/rpm) 142/3600
Tiêu chuẩn khí thải EURO 4
Hình 3.4 Động cơ 2ZR-FXE [1]
- Mô tơ, máy phát (MG)
Bảng 3.5 Thông số mô tơ, máy phát
Loại Mô tơ đồng bộ nam châm vĩnh cữu
Mô tơ đồng bộ nam châm vĩnh cữu
- Dẫn động động cơ, tạo điện áp cao vận hành MG2 và sạc pin
-MG2 được dẫn động bằng năng lượng điện từ MG1 và pin HV, tạo ra động lực cho các bánh xe truyền động
-Trong quá trình phanh sạc lại pin HV Điện áp danh định cực đại [V] DC 600V DC 600V
Công suất cực đại [kW] - 53
Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước Làm mát bằng nước
- Ắc quy HV (pin HV)
+ Cung cấp nguồn điện cho MG1 và MG2 sao cho phù hợp với các điều kiện lái của phương tiện
+ Được sạc lại bằng MG1 và MG2
Bảng 3.6 Thông tin ắc quy
Mục Thông số Ắc quy Hybrid
Loại Ắc quy Nickel Metal Hydride (Ni-
Số lượng ngăn 168 ngăn (6 ngăn x 28 Mô đun) Điện áp danh định [V] 206.1
Nút sửa chữa Số lượng x1
Công tắc khóa liên động Có
Hệ thống làm mát ắc quy Hybrid Làm mát bằng không khí
Cảm biến nhiệt độ ắc quy Hybrid x3
Cảm biến nhiệt độ không khí làm mát ắc quy x1
SMRs (SMRB, SMRP, SMRG), Cảm biến dòng điện Ắc quy Hybrid (x1), Điện trở trước nạp (x1)
Theo dõi tình trạng (điện áp, dòng điện và nhiệt độ) ắc quy Hybrid
Phát hiện và truyền tín hiệu phản hồi tốc độ quạt đến HV ECU để điều khiển việc làm mát ắc quy
Theo dõi, phát điện rò điện trong mạch điện cao áp và ắc quy Hybrid
Truyền các tín hiệu theo dõi đến HV ECU để thực hiện việc điều khiển
Các rơ le chuyển mạch SMR sẽ đóng và ngắt dòng điện giữa ắc quy Hybrid và dây cao áp dựa trên tín hiệu điều khiển từ HV ECU
Cảm biến dòng điện được tích hợp trong hộp đầu nối HV, có chức năng theo dõi dòng nạp, xả của ắc quy Hybrid
HV ECU sẽ điều chỉnh SOC tối ưu trong vùng cho phép dựa trên các thông tin về cường độ dòng điện thông qua ECU ắc quy
Hình 3.8 Hộp đầu nối HV [1]
23 Hình 3.10 Hệ thống làm mát Hybrid [1]
- MG ECU: Điều khiển bộ đổi điện và bộ kích điện để hoạt động MG1 và MG2
- Bộ đổi điện: Tạo ra dòng xoay chiều 3 pha
- Bộ kích điện: DC 201.6V ÷ DC 650V
- Bộ đổi điện: DC/DC 201.6 V ÷ DC 14V
Bảng 3.7 Thông số bộ Inverter
Hệ thống Mục Thông số
Bộ chuyển đổi tăng cường Điện áp danh định (phía bộ Inverter)
[V] DC 600 Điện áp danh định (phía ắc quy Hybrid)
Bộ đổi điện DC-DC Điện áp đầu ra danh định [V] DC 11.0-15.0 Dòng điện đầu ra cực đại [A] 100
Hệ thống làm mát hybrid hoạt động riêng biệt với hệ thống làm mát động cơ, sử dụng bơm nước mô tơ điện để tuần hoàn nước làm mát đến bộ inverter và làm mát dầu hộp số Hybrid P610 Điểm nổi bật của hệ thống này là khả năng làm mát hiệu quả và độc lập, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của các linh kiện điện tử và hộp số Công nghệ làm mát hybrid góp phần giảm nhiệt, đảm bảo sự hoạt động ổn định và bền bỉ của xe trong mọi điều kiện vận hành.
1-Bộ Inverter; 2- Bình chứa nước làm mát (Inverter); 3- Két nước;
4- Bộ làm mát dầu; 5- Bơm nước Inverter
Hình 3.11 Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển [1]
Có 3 chế độ lại và được chuyển đổi qua lại bằng nút bấm
- Chế độ lái điện – EV Mode
- Chế độ lái thể thao – Sport/Power Mode
- Chế độ lái tiết kiệm nhiên liệu – ECO Mode
Hình 3.12 Nút chuyển đổi giữa các chế độ lái [1]
3.7.1 Chế độ lái điện – EV Mode
Khi Công tắc “EV Mode” được nhấn, xe được dẫn động hoàn toàn bằng mô tơ điện MG2
Chế độ lái điện được thiết kế nhằm giảm tiếng ồn và khí thải trong quá trình vận hành, giúp xe hoạt động êm ái và thân thiện với môi trường Chế độ này phù hợp để sử dụng vào buổi sáng sớm, buổi tối, hoặc khi di chuyển trong khu vực dân cư, như đi vào bãi đỗ hoặc garage Việc sử dụng chế độ lái điện không chỉ nâng cao trải nghiệm lái xe mà còn góp phần bảo vệ môi trường và giảm thiểu ô nhiễm không khí.
Hình 3.13 Chế độ lái điện [11]
Trong điều kiện lái xe bình thường và không bật công tắc EV, xe sẽ khởi động với hệ thống MG2 và động cơ sẽ kích hoạt khi các điều kiện chỉ định hoạt động của động cơ được đáp ứng, chẳng hạn như giá trị góc mở bàn đạp ga hoặc mức độ giảm của SOC, nhằm tạo ra lực dẫn động cần thiết.
- Tuy nhiên, nếu công tắc EV được bật, các giá trị được cài đặt ban đầu chỉ định kích hoạt động cơ sẽ được thay đổi để mở rộng phạm vi lái xe chỉ với MG2
Các giá trị chỉ định động cơ hoạt động bao gồm nhiệt độ nước làm mát động cơ, nhiệt độ ắc quy hybrid và các tải phụ tải điện trên xe Những giá trị này được ECU HV theo dõi chặt chẽ để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống xe hơi Khi cần thiết, ECU HV sẽ gửi yêu cầu đến ECM để kích hoạt hoạt động của động cơ, giúp xe vận hành ổn định và tối ưu hóa hiệu suất.
Bảng 3.8 Bảng hoạt động của chế độ lái điện
Trạng thái Điều kiện Hiện thị
• Không thỏa tất cả các điều kiện trên
• Ấn bật công tắc “EV Mode” Đèn báo EV trên đồng hồ công tơ mét sáng
Hủy • 1 trong các điều kiện trên thỏa Hoặc
• Ấn tắt công tắc “EV Mode” Đèn báo EV trên đồng hồ công tơ mét nhấp nháy 3 lần, còi báo bật
3.7.2 Chế độ lái thể thao – Sport/Power Mode