Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô Hybrid 4 chổ ngồi bố trí song song

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO Ô TÔ HYBRID BỐN CHỖ NGỒI BỐ TRÍ SONG SONG ĐẶT VẤN ĐỀ 2. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI. 3. XU THẾ PHÁT TRIỂN Ô TÔ. 4. CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TRÊN Ô TÔ HYBRID. 5. PHÂN TÍCH, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG. 6. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN. 7. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài 5

1.1 Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế 5

1.2 Mục đích, ý nghĩa khoa học của đề tài 9

1.3 Phương pháp nghiên cứu 10

2 Tổng quan chung về xe Hybrid .10

2.1 Xu thế phát triển phương tiện giao thông .10

2.1.1 Giảm tải cho cơ sở hạ tầng 11

2.1.2 Giảm ô nhiễm môi trường 12

2.2 Xu thế phát triển ô tô sạch 15

2.2.1 Hoàn thiện động cơ diesel 16

2.2.2 Sử dụng các loại nhiên liệu mới .17

2.2.3 Sử dụng ô tô lai .22

2.3 Xu thế phát triển ô tô ở việt nam .26

3 Tổng quan về sự phát triển ô tô lai và các phương án bố trí trên ô tô Hybrid 30

3.1 Khái niệm hệ thống truyền lực của xe Hybrid .32

3.2 Các phương án bố trí trên ô tô hybrid .35

3.2.1 Kiểu lai nối tiếp .35

3.2.2 Kiểu lai song song 36

3.2.3 Kiểu lai hỗn hợp .36

4 Phân tích, chọn phương án thiết kế hệ thống 47

4.1 So sánh ưu, nhược điểm giữa 3 kiểu hệ thống lai và xác định phương án thiết kế 47

4.2 Phân tích phương án, chọn kiểu truyển động .48

4.2.1 Truyền động kiểu bánh răng hành tinh đơn 48

4.2.2 Truyền động kiểu bánh răng hành tinh có motor phụ 50

4.2.3 Hệ thống truyền lực với stator motor di chuyển tự do trong giới hạn .52

4.3 Phân tích các chế độ vận hành và điều khiển của hệ thống truyền lực kiểu hệ bánh răng hành tinh đơn 53

4.3.1 Sự truyền tốc độ trong các chế độ vận hành .54

4.3.2 Sự truyền mô men trong các chế độ vận hành 54

4.3.3 Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn công suất (1) và (2) .55

4.3.4 Khi chỉ truyền nguồn công suất (1) 59

4.3.5 Khi chỉ truyền nguồn công suất (2) 59

4.3.6 Khi chỉ truyền nguồn công suất (2) và nạp điện cho nguồn (1) .60

4.4 Thiết kế bộ truyền động kết hợp kiểu hệ bánh răng hành tinh 60

4.4.1 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền kết hợp kiểu hành tinh .60

5 Tính toán, thiết kế các thông số cơ bản của hệ thống truyền lực 64

5.1 Xác định công suất, tính chọn động cơ điện, động cơ xăng và nguồn ắc quy 64

5.1.1 Chọn động cơ điện .66

5.1.2 Chọn động cơ xăng 70

5.1.3 Đặc tính của xe Hybrid thiết kế .73

5.1.4 Xác định các thông số cho bộ nguồn ắc quy 89

5.2 Tính toán các thông số động học của ô tô lai điện nhiệt 4 chỗ ngồi .91

5.2.1 Xác định vận tốc lớn nhất của xe .91

5.2.2 Khả năng leo dốc của ô tô - độ dốc cực đại 91

5.2.3 Bảng tổng hợp các thông số động học của ô tô .92

5.3 Thiết kế truyền lực chính và vi sai cầu chủ động 92

5.3.1 Thiết kế bộ truyền cặp bánh răng Z5, Z6 94

5.3.2 Chọn bộ vi sai 99

5.4 Thiết kế trục, gối đỡ, vỏ cầu và bôi trơn 100

5.4.1 Thiết kế trục 100

5.4.2 Thiết kế gối đở trục .109

5.4.3 Bôi trơn 112

6 Thiết kế, lắp đặt các hệ thống động lực trên ô tô .113

6.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ và hệ thống nạp điện cho ắc quy 113

6.1.1 Sơ đồ tổng quát .113

6.1.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển của xe thiết kế 114

6.1.3 Thiết kế mạch nạp 114

6.2 Sơ đồ lắp đặt hệ thống động lực trên ô tô .116

7 Tính toán hệ thống chịu tải của xe 116

7.1 Xác định loại khung – vỏ để thiết kế cho xe 116

7.2 Chọn kết cấu của khung 118

7.2.1 Hình dáng của khung 118

7.2.2 Chọn vật liệu chế tạo các thanh dầm 119

7.3 Tính toán khung .120

7.3.1 Tải trọng và chế độ tính .120

7.3.2 Tính khung theo uốn 120

8 Kết luận và đề nghị .123

8.1 Kết luận .123

8.2 Đề nghị 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

LỜI NÓI ĐẦU

Thực trạng hiện nay vấn đề nhiễm môi trường đang được cả thế giới quan tâm.Thiên tai lũ lụt đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng mà con người không thểlường trước được, mà nguyên nhân chính của nó là do ngày càng nhiều các chấtthải, các khí độc hại không được xử lý triệt để thải ra môi trường làm ô nhiễm bầukhí quyển, mà các phương tiện vận tải cũng góp một phần vào trong đó Một vấn đềkhác cũng cần được quan tâm là khan hiếm nguồn tài nguyên nhiên liệu như hiệnnay trên các phương tiện vận tải

Song song với việc hiện đại hoá chiếc ô tô ngày càng hoàn hảo hơn thì vấn đềcải tiến các loại phương tiện hiện nay để đạt được mục tiêu chung là tránh ô nhiễmmôi trường và đồng thời phải tiết kiệm nhiên liệu.Vì thế việc thiết kế một chiếc xe

“lai” thì cần thiết đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng giữa hai loại động cơ nhiệt vàđiện

Đề tài tốt nghiệp lần này của em là “Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô

Hybrid 4 chỗ ngồi bố trí song song”, một loại xe có thể trong tương lai sẽ được ứng

dụng rộng rãi, vì nó đáp ứng được nhu cầu cấp thiết, đó là vấn đề năng lượng và ônhiễm môi trường Thực tế đây là một đề tài còn khá là mới mẽ nên trong quá trìnhnghiên cứu còn rất nhiều vấn đề nan giải và chưa hoàn thành được như mong muốn

Vì vậy vấn đề sai sót là khó tránh khỏi, em mong được sự chỉ dẫn và bổ sung củathầy giáo hướng dẫn cùng các thầy cô giáo trong trong khoa Cơ Khí Giao Thông.Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Lê Văn Tụy đã tận tình giúp đỡ cho em trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp của mình

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2008

Sinh viên Đoàn Xuân Biên

1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài.

1.1 Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế.

Những con số thống kê cho ta thấy bức tranh ảm đạm về tình trạng suy thoái tàinguyên và môi trường ở quy mô toàn cầu và ở nước ta Có rất nhiều vấn đề được đềcập đến, nhưng trong đó đáng lưu tâm nhất đó là hiện tượng trái đất đang ấm dầnlên, mà nguyên nhân chủ yếu là do sự phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính CO2

từ các loại phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu truyền thống

Industrial

Transportation Resideential

Hình 1.1: Biểu đồ sự gia tăng lượng ô nhiễm khí thải carbon dioxide qua các năm

Từ những năm 1849 - 1850, con người đã biết chưng cất dầu mỏ để lấy ra dầuhỏa, còn xăng là thành phần chưng cất nhẹ hơn dầu hỏa thì chưa hề được sử dụngđến và phải đem đổ đi một nơi thật xa Lúc đó con người tạo ra dầu hỏa với mụcđích thắp sáng hoặc đun nấu đơn thuần Nhưng với sự tiến bộ của khoa học và kỹthuật, từ việc sử dụng những động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quả thấp, conngười đã tìm cách để sử dụng xăng và dầu diezel cho động cơ đốt trong, là loạiđộng cơ nhỏ gọn hơn nhưng có hiệu quả cao hơn hẳn Cùng với những khám phá

đã thúc đẩy xã hội lồi người đạt những bước phát triển vượt bậc, đem đến cuộcsống ấm no, hạnh phúc và văn minh cho hàng tỷ người trên thế giới.

Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốt trong mang lại thật sựkhơng ai cĩ thể phủ nhận được Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như làchiếm ưu thế hồn tồn Do vậy, mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều muốnchiếm ưu thế và chủ động về nguồn dầu mỏ Cuộc khủng hoảng năng lượng vàothập kỷ 70 của thế kỷ 20 đã một lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiến lược củadầu mỏ đối với mỗi quốc gia và cho tồn thế giới Nhưng theo dự đốn của các nhàkhoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng dầu mỏ cịn lại của trái đấtcũng chỉ đủ cho con người khai thác trong vịng khơng quá 40 năm nữa

Trữ lượng dầu mỏ

Nhu cầu Sử dụng năng lượng mới

Năm

Tỷ thùng

80 70 60 50 40 30 20 10 0

2040 2020 2000

1980 1960 1940

1920 1900

Hình 1.2: Trử lượng dầu mỏ vật lý phát hiện theo thời gian

Sản lượng dầu mỏ còn trong tương lai

SNG Châu

Âu

Trung Đông

Châu Phi

Châu Á Thái Bình Dương

Việt Nam Quốc gia

Hình 1.3: Sản lượng dầu còn lại tính theo năm khai thác

Qua các biểu đồ ta thấy dầu mỏ đang dần cạn kiệt Mà dầu mỏ là nguồn nănglượng chủ yếu trong nhiều lĩnh vực, do đó việc tìm nguồn nhiên liệu mới thay thế làtất yếu, một phần đáp ứng nhu cầu năng lượng cho các ngành, một phần giảm khíthải gây ô nhiễm môi trường

Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ và động cơ đốttrong đem lại là các chất thải làm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây hiệuứng nhà kính Trong các chất độc hại thì CO2, CO, NOx, HC…do các loại động cơthải ra, là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏecon người Nghiêm trọng nhất là vấn đề ảnh hưởng của các loại khí thải này đối vớisức khỏe con người

+ CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị,sinh ra do ô xy hóa không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếuoxygene CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận

cơ thể bị thiếu oxy Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khinồng độ CO trong không khí lớn hơn 1000 ppm) Ở nồng độ thấp hơn CO cũng cóthể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn

nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỷ số này lên đến 50%, não bộ conngười bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh.

+ NOx: là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận NOx được hìnhthành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100oC) Monoxydenitơ không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra NO2 Nó là chất khí màu hơihồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạtkhoảng 0,12 ppm NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đisâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp Nạn nhân bịmất ngủ, ho, khó thở Protoxyde nitơ N2O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khíquyển

+ Hydrocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháykhông hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường.Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm

Từ lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máukhi nồng độ của nó lớn hơn 40 ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớnhơn 1g/m3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan

+ SO2: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vàonước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vàosâu trong phổi Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăngcường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân

+ Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong động cơ Diesel

Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3m nên rất

dễ xâm nhập vào phổi Sự nguy hiểm của bố hóng ngoài việc gây trở ngại cho cơquan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, nócòn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các Hydrocacbon thơm mạch vòng(HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong quá trình hình thành

+ Chì: Chỉ có mặt trong khí xả khi nhiên liệu có pha Pb(C2H5) nhằm tăng tínhchống kích nổ của nhiên liệu Tuy nhiên gần đây hầu như nhiên liệu đã cấm pha chìnhằm tránh tác hại của nó trong khí xả động cơ

Do đó, con người phải đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiênliệu thay thế

Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sử dụng nhiên liệu truyềnthống: Xăng, dầu Diesel, bằng các loại nhiên liệu mới “sạch”, nhiên liệu tái sinh chocác loại động cơ như năng lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hóa lỏng,năng lượng điện, khí sinh vật Biogas, năng lượng thủy điện, Việc chuyển dầnsang sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống đã trở thành chiến lược trongchính sách năng lượng của nhiều quốc gia phát triển.

1.2 Mục đích, ý nghĩa khoa học của đề tài.

Ở các nước phát triển cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho ô tô nóichung đã bắt đầu Theo xu thế chung, đứng đầu danh sách là ô tô chạy điện, tiếptheo là ô tô lai, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu là ứng viên thứ ba của cuộc chạy đua

Về mặt nhiên liệu cho động cơ nhiệt, chất lượng của các loại nhiên liệu lỏng truyềnthống sẽ được nâng cao, các loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) sẽ được ápdụng rộng rãi trên ô tô, các loại nhiên liệu sinh học (như ethanol, colza) có lợi thế sosánh thấp về mặt môi trường và giá thành nhiên liệu này còn cao nên hạn chế vềmặt sử dụng, các nhiên liệu tổng hợp từ khí thiên nhiên đang được nghiên cứu,nhiên liệu khí hydro cho ô tô chưa có triển vọng ứng dụng do công nghệ và giáthành

Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ nay đến 2020, ô tô lai hay ô tô Hybrid 2hoặc 4 chỗ ngồi chạy bằng điện, kết hợp với việc nạp điện bổ sung bằng động cơnhiệt chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG là phù hợp nhất Thật vậy như đã phântích trên đây, cơ sở hạ tầng của chúng ta chưa được phát triển nên chỉ phù hợp với ô

tô cá nhân có kích thước bé Về mặt năng lượng thì điện năng của chúng ta đượcsản xuất chủ yếu bằng thủy điện (năng lượng tái sinh) và chủ động nguồn cung cấpkhí dầu mỏ hoá lỏng LPG Hiện nay chúng ta có nhà máy sản xuất ga Dinh Cố vàtrong tương lai gần nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam ở Dung Quốc đi vàohoạt động, sản lượng khí đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp nhiên liệuLPG Mặt khác các nhà máy tinh luyện khí thiên nhiên cũng là nguồn cung cấp loạinhiên liệu này nên khả năng độc lập nhiên liệu LPG của chúng ta cũng rất lớn.Nhu cầu sử dụng ô tô trong tương lai là xu thế tất yếu của xã hội phát triển.Nước ta có thị trường nội địa lớn với hơn 80 triệu dân Cho tới nay, thị trường nàyhầu như vẫn còn nguyên vẹn Trong xu thế hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) và thế

giới (WTO), thị trường nội địa của nước ta chắc chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đốivới các nhà sản xuất ô tô thế giới Việc thâm nhập ồ ạt ô tô bên ngoài có kích cỡkhông phù hợp một mặt sẽ gây ra những vấn nạn về ách tắt giao thông và mặt kháclàm mất thị phần đối với một sản phẩm công nghiệp quan trọng của đất nước Vìvậy, việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một chủng loại ô tô phù hợp với điềukiện sử dụng trong nước có ý nghĩa rất thiết thực và cấp bách đối với nước ta.

Đề tài "thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt bốn chỗ ngồi" đặt nền tảngcho việc thiết kế và sản xuất một kiểu ô tô cá nhân mang nhãn hiệu Việt Nam phùhợp với điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụngnăng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, góp phần thực hiện nhiệm vụ cấpbách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.Nói tóm lại, đề tài này là bước khởi đầu mà tiếp theo là thiết kế hoàn chỉnh và chếtạo một ô tô cá nhân tại Việt Nam với mục tiêu hướng tới là:

+ Nâng cao điều kiện sống của người dân

+ Giảm sự phát xạ khí CO2, NOx, CO, HxCy Như vậy sẻ tiết kiệm được nhiênliệu truyền thống, giảm ô nhiễm môi trường, hơn nữa loại xe mới này đạt được hiệusuất nhiên liệu cao hơn so với ô tô truyền thống

+ Tạo ra mặt hàng công nghiệp đặc thù mang lợi thế cạnh tranh lớn

+ Phát triển ngành công nghiệp sản xuất ô tô ở Việt Nam

1.3 Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu để hoàn thành đề tài gồm có:

+ Tham khảo tài liệu: thống kê, so sánh, phân tích, lựa chon

+ Thực nghiệm: Xác định các thông số, đường đặc tính, hiệu suất của một số

bộ phận của hệ thống động lực

2 Tổng quan chung về xe Hybrid.

2.1 Xu thế phát triển phương tiện giao thông.

Trên thế giới, ở các nước khác nhau, xu thế phát triển phương tiện giao thôngkhông giống nhau, tuy nhiên có điểm chung là đang từng bước ô tô hóa các quảngđường dịch chuyển Tốc độ gia tăng ô tô trên thế giới là rất lớn, đặc biệt là ở cácnước Châu Á, ví dụ như ở Malaysia tốc độ tăng hằng năm có thể đạt đến 70

% Theo các chuyên gia kinh tế thì thị trường ô tô tiềm năng sẻ chuyển từ các nước

Đông Âu và Châu Mỹ La tinh sang các nước Đông Nam Á, Trung Á và cuối cùng

là Châu Phi Theo dự báo, số lượng ô tô ở Châu Á Thái Bình Dương sẻ tăng từ 0,7chiếc/1000 người dân năm 1985 đến 10 chiếc/1000 người dân năm 2020 và 20chiếc/1000 người dân vào năm 2060

Sự gia tăng mật độ ô tô dẫn đến lớn cần giải quyết đó là sự quá tải về cơ sở hạtầng và ô nhiễm môi trường Do đó vấn đề được đặt ra là giải quyết 2 vấn đề này,giảm ảnh hưởng của chúng đến kinh tế xã hội bằng cách phát triển ngành giaothông vận tải và công nghiệp chế tạo ô tô theo hướng hợp lý

2.1.1 Giảm tải cho cơ sở hạ tầng.

Giải quyết vấn đề này, một mặt liên quan đến công tác quy hoạch đô thị, nângcấp hệ thống giao thông, mở rộng đường, thiết kế tốt các đầu mối giao thông, xâydựng các bải đậu xe…và mặt khác cần phải lựa chọn kích cở ô tô phù hợp.Trongphạm vi đề tài này chúng ta chỉ lưu ý đến vấn đề thiết kế kích cở ô tô

Kích cở và kiểu dáng ô tô đã có sự thay đổi rất đáng kể trong thế kỉ qua vàdường như theo quy luật “đường xoắn trôn ốc” Ngày nay người ta lại tìm thấynhững ô tô mới nhất có kiểu dáng như ô tô “2 chevaux”, mà thường gọi là xe concốc có kích thước nhỏ gọn doanh nghiệp các hảng ô tô nổi tiếng trên thế giới sảnxuất Người ta ưu tiện chọn ô tô nhỏ bởi chúng gọn nhẹ, chiếm ít không gian tronggarage và thuế lưu hành thấp và trở thành loại ô tô bán chạy nhất trên thị trườngChâu Âu Mới đây trên thị trường ô tô thế giới đã xuất hiện những chủng loại ô tô

có kích thước rút gọn hai chỗ ngồi SMART Trên thị trường Châu Á, các nhà chếtạo ô tô cũng rất quan tâm đến việc chế tạo các loại ô tô cở nhỏ Ô tô Matiz củaDaewoo là một ví dụ điển hình

Hình 2.1: Ô tô 2 chỗ ngồi của Trung Quốc Hình 2.2: Ô tô 2 chỗ ngồi của Smart

Số lượng ô tô được sử dụng hiện nay trín thế giới khoảng 740 triệu chiếc văđược dự đoân sẻ tiếp tục tăng thím.

Biểu đồ sự gia tăng số lượng ô tô trên thế giới

Cars

Commercial Vehicles, Motorcycles

9 1800

1 2

Hình 2.3: Biểu đồ sự gia tăng số lượng ô tô trín thế giới

2.1.2 Giảm ô nhiễm môi trường.

Hiện nay ô tô, xe mây vă câc loại phương tiện cơ giới đều sử dụng động cơ đốttrong Đđy lă loại mây nhiệt lăm việc giữa 2 nguồn nhiệt T1 vă T2, sản vật chây củachúng lă nguồn gđy ô nhiễm chính đối với môi trường hiện nay vă đe dọa đến cuộcsống con người

Vùng thấy được

Phổ bức xạ từ mặ t trời

mặ t đấ t

Bức xạ mặ t trời

Bức xạ mặ t đấ t Lớp khí gây hiệ u ứng nhà kính

Hiệ u ứng nhà kính

Phổ bức xạ từ mặ t đấ t

Hình 2.4: Hiện tượng hiệu ứng nhă kính

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6

-0.56 -0.44 -0.33 -0.22 -0.11 0 0.11 0.22 0.33

Global temperature changes (1861-1996) EPA

Hình 2.5: Sự biến thiín nhiệt độ của bầu khí quyển

Ô tô với đặc điểm có tính cơ động vă linh hoạt cao đê trở thănh phương tiện rấtcần thiết trong ngănh giao thông vận tải Có thể nói ô tô lă thănh viín không thểthiếu của xê hội Ô tô đê đóng góp một vai trò chính trong sự phât triển công nghiệp

vă kinh tế, đồng thời nó còn lă phương tiện nđng cao tiện nghi đời sống con người

vă hỗ trợ giao lưu phât triển văn hóa xê hội.Tuy nhiín, ô tô cũng tiíu thụ một lượngnăng lượng đâng kể của dầu mỏ vă gđy ô nhiễm môi trường nghiím trọng Vă với

số lượng xe ô tô trín thế giới hiện nay khoảng 740 triệu chiếc, được dự đoân sẻ tiếptục tăng thím thì vấn đề môi trường ngăy căng trở nín cấp bâch.

Lược đồ biểu diển hàm lượng các bon sinh ra từ các chủng loại xe khác nhau

Hình 2.6: Lược đồ thể hiện hăm lượng câc bon sinh ra từ câc loại xe khâc nhau

SO X X

tô lai (HYBRID) kết hợp sự làm việc tối ưu giữa các nguồn động lực khác nhau đã

mở ra triển vọng sáng sủa cho một loại ô tô sinh thái lý tưởng

Để phát huy ưu điểm và hạn chế những khuyết điểm, ô tô ngày nay được cácnhà thiết kế, sản xuất theo xu hướng đảm bảo các yêu cầu sau :

* Tối ưu hóa hệ thống điều khiển vậ hành và nâng cao tịện nghi trong xe

* Nâng cao hiệu suất và giảm chất thải gây ô nhiễm môi trường

* Từng bước sử dụng nguồn năng lượng mới thay thế nguồn năng lượngchính sắp cạn kiệt là dầu mỏ

2.2 Xu thế phát triển ô tô sạch.

Ô tô sạch không gây ô nhiễm (Zero emission) là mục tiêu hướng tới của cácnhà nghiên cứu và chế tạo ô tô ngày nay Có nhiều giải pháp đã được công bố trongnhững năm gần đây, tập trung là hoàn thiện quá trình cháy của động cơ Diesel, sử

dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên,methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tô lai(hybrid) Xu hướng phát triển ô tô sạch có thể tổng hợp như sau:

2.2.1 Hoàn thiện động cơ diesel.

Động cơ Diesel cũng sẽ được tiếp tục cải tiến để nâng cao hiệu suất dù hiện nay

nó đã có nhiều ưu điểm về mặt này

Về phương diện hạn chế mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ Diesel, các giảipháp kĩ thuật nói chung vẫn còn ở trong giai đoạn thí nghiệm Cho tới những nămcuối của thập niên 1990, các kĩ thuật này vẫn còn áp dụng rất hạn chế vì nó đắt tiền

và làm việc chưa thật đáng tin cậy Các giải pháp đó là:

+ Bộ xúc tác giảm NOx

+ Lọc bồ hóng

Các nghiên cứu cải thiện động cơ Diesel trước hết liên quan đến việc hoànthiện kĩ thuật phun, đặc biệt là việc áp dụng kĩ thuật phun điều khiển điện tử chophép nâng cao momen và công suất, giảm ồn, giảm ô nhiễm Các cải tiến này sẽliên quan chủ yếu đến áp suất phun, dạng quy luật phun và độ chính xác của lượngnhiên liệu phun

Hình 2.8: Ảnh hưởng của áp suất phun đến quan hệ NOx / bồ hóng

Một ví dụ điển hình về các kĩ thuật phun mới là sự phát triển hệ thống “raychung” (common-rail) Trong hệ thống này, áp suất phun có thể được modun hóamột cách tùy ý theo tải và theo tốc độ động cơ Nói chung, áp suất phun trongtrường hợp này cao hơn nhiều so với áp suất phun trong hệ thống cổ điển, nhất làkhi đầy tải và tốc độ cao Theo kĩ thuật này, nhiên liệu được phun với áp suất caotrong thời gian ngắn Điều này cho phép hạn chế sự phát sinh hạt bồ hóng nhưng lạilàm gia tăng lượng NOx

Khi động cơ làm việc ở chế độ tốc độ thấp và tải cục bộ, có hai xu hướngnghiên cứu Hướng phổ biến nhất là ưu tiên cho hiệu suất cao: nhiên liệu được phundưới áp suất rất cao làm tăng momen của động cơ so với động cơ cùng cỡ sử dụng

hệ thống phun cổ điển Hướng thứ hai là giảm mạnh áp suất phun khi động cơ làmviệc ở các chế độ này để làm giảm sự phát sinh NOx Nói chung sự tối ưu giữa nồng

độ NOx và bồ hóng luôn luôn có lợi khi áp suất phun cao (hình vẽ trên)

Việc áp dụng kĩ thuật hồi lưu khí xả khi động cơ làm việc ở tải cục bộ sẽ được

áp dụng rộng rãi trên động cơ của các chủng loại ô tô khác nhau để làm giảm NOxnhằm thỏa mãn các quy định của luật môi trường

Cuối cùng, kĩ thuật điều khiển điện tử đối với sự hoạt động của các hệ thốngđộng cơ (hệ thống phun, hệ thống hồi lưu khí xả ) sẽ thay thế kỹ thuật điều khiển

cơ khí nhằm làm tăng độ nhạy và tính mềm dẻo của các hệ thống

2.2.2 Sử dụng các loại nhiên liệu mới.

* Ô tô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế:

Các loại nhiên liệu lỏng thay thế như cồn, colza,…có nguồn gốc từ thực vật.Các loại nhiên liệu này có hàm lượng C thấp nên sinh ra ít chất ô nhiễm có gốccarbon như CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính.Tuy nhiên các loại nhiên liệu nàycòn sử dụng hạn chế do giá thành cao cho nên chỉ được dung phổ biến ở nơi cónguồn năng lượng này dồi dào hoặc được chiết xuất từ sản phẩm của ngành sản xuấtcông nghiệp

Một loại nhiên liệu lỏng thay thế mới được công bố là Dimethyl ether (DME)được chế tạo từ khí thiên nhiên Ô tô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm cực thấp

và trong tương lai nó sẻ là nguồn nhiên liệu lý tưởng nhất vì khí thiên nhiên phân bốđều khắp trên trái đất và có trữ lượng lớn tương đương dầu mỏ

* Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên:

Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hửu ích về nănglượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trườngtrong thành phố Cho tới nay có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe buýt,

đó là khí thiên nhiên dưới dạng lỏng và khí thiên nhiên dưới dạng khí Một trongnhững khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được sử dụng rộng rải trênphương tiện giao thông vận tải là vấn đề lưu trử khí thiên nhiên (dạng khí hay dạnglỏng) trên ô tô Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải thiệnnhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cốbằng sợi các bon

* Ô tô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG:

Hiện nay nhiều nước, nhiều khu vực trên thế giới xem việc sử dụng LPG trên ô

tô chạy trong thành phố là giải pháp bảo vệ môi trường không khí hửu hiệu Trongcộng đồng Châu Âu thì Áo là nước sử dụng xe buýt LPG sớm nhất Thành phốVienne đã sử dụng xe buýt chạy bằng LPG từ năm 1963 và cho đến nay, thành phố

có 500 xe buýt chạy bằng nhiên liệu này Đan Mạch có 180, Hà Lan có 150, TâyBan Nha có 60 xe buýt chạy bằng LPG Ở Ý hiện có hơn 860000 ô tô chạy bằngLPG Tỉ lệ xe buýt chạy bằng LPG cao hơn chạy bằng khí thiên nhiên ở Châu Âu (tỉ

lê Hiên nay là 1100 / 700) Người ta dự báo lượng LPG tiêu thụ cho giao thông vậntải sẻ gia tăng trong những năm tới doanh nghiệp số lượng ô tô sử dụng nguồn nănglượng này tăng

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng đểchạy ô tô, ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn có lợithế về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ô tô chạybằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG được thực hiện theo 3 hướng: sử dụng duynhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời diesel vàLPG (dual fuel) Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng bộ chế hòakhí kiểu Venturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp Những hệ thốngphun mới đang được nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trong buồngcháy để tăng tính năng công tác của loại động cơ này Cũng như các loại nhiên liệukhác, việc lưu trữ LPG là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù áp suất hóa lỏng

của LPG thấp hơn rất nhiều so với khí thiên nhiên hay các loại khí khác Các loạibình chứa nhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật liệu và công nghệ mới

* Ô tô chạy bằng điện:

Ô tô chạy bằng điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối vớimôi trường không khí trong thành phố Nguồn điện dùng để chạy ô tô được nạp vào

ắc quy, do đó quảng đường hoạt động đọc lập của ô tô phụ thuộc vào khả năng tíchđiện của ắc quy Nếu nguồn điện được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái sinh(thủy điện, pin mặt trời…) thì ô tô dùng điện là loại phương tiện lý tưởng nhất vềmặt ô nhiễm môi trường Tuy nhiên nếu nguồn điện được sản xuất từ nhiên liệu hóathạch thì ưu điểm này bị hạn chế nếu xét về mức độ phát ô nhiễm tổng thể Ngàynay ô tô chạy bằng ắc quy đã đạt được những tính năng vận hành cần thiết giốngnhư ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống

Hình 2.9: Sơ đồ xe điện dùng ắc quy

Châu Âu Nhậ t

Hoa K ỳ

2010 2005

2000 1995

Năm

Hình 2.11: Dự bâo số lượng ô tô điện đến năm 2010

* Ô tô chạy bằng pin nhiín liệu:

Một trong những giải phâp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ô tô trongtương lai lă pin nhiín liệu Pin nhiín liệu lă hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóanăng trong nhiín liệu thănh điện năng Pin nhiín liệu trước đđy chỉ được nghiíncứu để cung cấp cho câc con tău không gian nhưng ngăy nay pin nhiín liệu đê bướcvăo giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ô tô Doanh nghiệpkhông có quâ trình chây xảy ra nín sản phẩm hoạt động của pin nhiín liệu lă điện,nhiệt vă hơi nước Vì vậy có thể nói ô tô hoạt động bằng pin nhiín liệu lă ô tô sạchtuyệt đối theo nghĩa phât thải chất ô nhiễm trong khí xê Ô tô chạy bằng pin nhiínliệu không nạp điện mă chỉ nạp nhiín liệu hydrogen Khó khăn vì vậy liín quan đếnlưu trữ hydro dưới âp suất cao hoặc trong vật liệu hấp thụ trín phương tiện vận tải.Nhiều nghiín cứu đề nghị điều chế hydro ngay trín xe để sử dụng cho pin nhiínliệu nhưng hệ thống như vậy rất cồng kềnh vă phức tạp Câc công ty chế tạo ô tô ởĐức (Daimler Benz), ở Nhật (Toyota), ở Mỹ (General Motors)…đang có kế hoạchsản xuất ô tô sử dụng pin nhiín liệu vă dự kiến sẻ thương mại hóa ô tô năy văo năm2010

Hình 2.12: Mô hình xe pin nhiên liệu đầu tiên năm 1999

Hình 2.13: Mô hình một pin nhiên liệu

Màng thẩm thấu

Năng lượng mặt trời Điện phân nước biển H 2 Pin nhiên liệu

Tuy ngăy nay người ta đê thănh công trong chế tạo câc loại pin nhiín nhiín cóhiệu suất cao vă giâ thănh phù hợp nhưng việc âp dụng phương ân năy trín xe buýtvẫn còn xa so với hiện thực vì so với câc phương ân lăm giảm ô nhiễm môi trườngkhâc, pin nhiín liệu chạy ô tô vẫn còn lă loại nhiín liệu “xa xỉ” vă “cao cấp” Ngăynay người ta thấy rằng nếu sử dụng pin nhiín liệu để chạy ô tô thì giâ thănh đắt hơnchạy bằng diesel khoảng 30%

2.2.3 Sử dụng ô tô lai

Ô tô lai lă loại ô tô sử dụng ít nhất 2 nguồn sức kĩo bổ sung cho nhau Trongkhi câc giải phâp ô tô chạy hoăn toăn bằng điện còn nhiều bất cập thì ô tô lai sửdụng động cơ điện vă động cơ nhiệt tỏ ra có nhiều ưu thế nhất Ô tô lai dạng năy sửdụng động cơ điện một chiều chạy bằng ắc quy được nạp điện bằng điện lưới khi ô

tô dừng vă nạp điện bổ sung từ cụm động cơ nhiệt – mât phât điện một chiều bố trítrín xe Ô tô lai được nghiín cứu từ những năm 1990 Đến năm 1997, chiếc ô tô laiđầu tiín Toyota Prius ra đời tại Nhật Bản Hiện nay trín thị trường thế giới đê xuấthiện ô tô lai với câc nhên hiệu khâc nhau: Honda Insight, Honda Civic, ToyotaPrius…với giâ cả cạnh tranh với ô tô truyền thống

Động cơ nhiệt sử dụng trín ô tô lai do chỉ nạp điện bổ sung văo ắc quy níncông suất bĩ, vă điều quan trọng lă do nó chỉ lăm việc ở một chế độ duy nhất ổnđịnh nín người ta có thể điều chỉnh, thiết kế để ở chế độ năy động cơ phât ô nhiễmthấp nhất Động cơ nhiệt ở đđy có thể lă động cơ Diesel hiện đại với hệ thống lọc bồhóng vă xử lý khí xê hay động cơ sử dụng nhiín liệu khí (khí thiín nhiín, khí dầu

mỏ hóa lỏng LPG) Lý tưởng nhất lă ô tô lai sử dụng động cơ điện một chiều vă

động cơ nhiệt nạp điện bổ sung chạy bằng nhiên liệu khí với bộ xúc tác 3 chức nănglắp trên đường xả.

Ngoài những đặc điểm nêu trên, tùy thuộc vào cách bố trí tổ hợp giữa động cơđiện và động cơ nhiệt, ô tô lai điện – nhiệt còn có các ưu điểm sau:

+ Có thể phối hợp công suất giữa động cơ điện và động cơ nhiệt một cách tối

ưu để đảm bảo hiệu suất sử dụng năng lượng cao nhất

+ Có thể tận dụng giai đoạn phanh hay xuống dốc của ô tô để nạp điện vào ắc quy.Chính vì vậy ô tô lai điện – nhiệt ngoài ưu điểm có mức độ phát ô nhiểm thấpcòn có hiệu suất sử dụng năng lượng rất cao

Trong thời gian gần đây, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giới như Toyota,Hon Da,… đã tung ra thị trường những thế hệ ô tô mới có hiệu suất cao và giảmđáng kể lượng chất thải gây ô nhiễm môi trường, được gọi là ô tô lai (Hybrid Car)

Có thể nói công nghệ lai là chìa khóa mở cánh cửa tiến vào kỉ nguyên mới củanhững chiếc ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinhthái (the ultimale eco-car) Xu hướng phát triển của ngành ô tô trên thế giới được

mô tả như hình vẽ sau

Từ sơ đồ xu thế phát triển ô tô sạch trên thế giới, ta nhận thấy, một thế hệ ô tô mới

ra đời có liên quan trực tiếp đến việc cải tiến hoặc thay đổi động cơ lắp trên nó Có thểphân ra làm 4 nhóm động cơ chính được dùng làm nguồn động lực cho ô tô là động cơxăng, động cơ diesel, động cơ điện và động cơ sử dụng năng lượng thay thế như động

cơ sử dụng khí đốt hóa lỏng LPG (Liquid Petroleum Gas) hoặc LNG (Liquid NatureGas) Động cơ xăng và diesel truyền thống với ưu điểm nổi trội hơn các loại động cơkháclà việc cung cấp nhiên liệu đơn giản và nhanh chống Tuy nhiên hiệu suất của nóhạn chế và mức độ phát ô nhiểm cao Hai loại động cơ này đã được cải tiến qua nhiềuthế hệ và đã trở nên rất hiện đại, nhưng đứng trước nguy cơ cạn kiệt của nguồn dầu mỏ,

có thể nói động cơ chạy bằng xăng dầu truyền thống không có triển vọng phát triểnvọng trong tương lai Động cơ điện và động cơ khí ga (LPG hoặc LNG) tuy hiện naycòn có một số hạn chế nhất định nhưng đây là loại động cơ có nhiều ưu điểm có thểthay thế hai loại động cơ truyền thống trong những năm tới

Cũng từ sơ đồ này ta nhận thấy rằng, năng lượng điện và nhiên liệu thay thế tuysạch hơn các loại động cơ truyền thống nhưng so với ô tô chạy pin nhiên liệu và ô

tô lai chúng vẫn còn ở vị trí khá xa Trên hình vẽ tượng trưng này, chúng ta thấy ô

tô lai sử dụng động cơ đánh lửa cưỡng bức kết hợp với động cơ điện vận hành hiệptrợ HSD (Hybrid Synergy Drive) được xếp loại là loại động cơ có ưu điểm đứngđầu về mặt sinh thái hiện nay

Trong lịch sử phát triển ô tô, Toyota là hảng sản xuất ô tô có sự cải tiến liên tụcnhững động cơ truyền thống, bao gồm những động cơ xăng cháy nghèo, nhữngđộng cơ xăng phun trực tiếp và động cơ diesel phun trực tiếp ray chung (commonrail), cũng như những động cơ sử dụng nhiên liệu thay thế và ô tô điện Tháng 12năm 2002, Toyota cho ra đời với một số lượng hạn chế mẫu xe Toyota FCHV (xelai pin nhiên liệu) chạy bằng hydro cao áp Theo các chuyên gia Toyota thì côngnghệ ô tô lai chiếm vai trò cốt lõi của ô tô sinh thái trong thế kỉ 21 Công nghệ nàykhông những tạo ra ô tô sạch lý tưởng mà còn làm tăng hiệu suất sử dụng nănglượng của ô tô nhờ kết hợp tối ưu giữa tính năng của các nguồn phát lực Đỉnh caohiện nay là động cơ lai vận hành hiệp trợ HSD hay còn được gọi là THS 2

Đặc điểm quan trọng của động cơ lai HSD là nó có thể sử dụng phối hợp động

cơ xăng và động cơ điện trong bất kì tình huống nào và thậm chí vừa chạy vừa nạp

điện cho nó Những hệ thống lai của Toyota có thể tích hợp với nhiều loại hệ thốngtruyền động – không những động cơ đánh lửa cưỡng bức, mà còn cả động cơ diesel,

ô tô sử dụng nhiên liệu thay thế hay ô tô sử dụng pin nhiên liệu Công nghệ lai HSDcủa Toyota rất linh hoạt đủ để tăng cường bảo vệ môi trường và vận hành hiệu quảvới bất kì những kiểu ô tô nào, từ ô tô du lịch đến xe tải nhỏ Công nghệ lai chắcchắn sẻ tiếp tục được phát triển xa hơn nữa trong tương lai

Hình vẽ dưới đây giới thiệu Toyota Prius New là loại đầu tiên sử dụng Lai Vậnhành hiệp trợ HSD Mô hình này được thiết kế theo tiêu chuẩn của Nhật với hiệusuất chất đốt đạt được 35,5(km/L) theo chu trình kiểm tra của Nhật, gấp hai lần củaCorolla 1,5 lít và hoàn toàn tuân theo với những điều kiện mức phát xạ nghiêm ngặtnhất (Ultra- Low Emissions Level) của Nhật Bản Ở hình 2-16 và bảng 2-1 cho tathấy hiệu quả cách biệt của các loại ô tô lai so với các loại ô tô truyền thống

Hình 2.15: Ô tô du lịch Toyota Prius New

Hình 2.16: Đồ thị mô tả mối liên hệ giữa hiệu suất và khả năng tăng tốc

Bảng 2-1: So sánh hiệu suất sử dụng nhiên liệu toàn phần của các đời xe.

Hiệusuất biếnđổi nhiên liệu(A%)

Hiệu suất biếnđổi thành cơnăng (B%)

Hiệu suấttoàn phần(A%.B%)

Xe động

cơ xănggần đây

2.3 Xu thế phát triển ô tô ở việt nam.

Tại Việt Nam, thị trường mua bán ô tô đang có triển vọng lớn Trong thời giangần đây, nền kinh tế quốc gia từng bước phát triển tốt, đời sống của nhân dân ngàycàng sung túc, đặc biệt là những người dân thành thị, nên nhu cầu mua sắm ô tô nóichung cũng như ô tô cá nhân nói riêng là rất lớn Theo các chuyên gia kinh tế, thịtrường ô tô đang chuyển dần từ Châu Âu và Châu Mỹ sang Châu Á, mà đứng đầu làkhu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam

Hiện nay ở nước ta có 4 công ty lớn chuyên sản xuất ô tô liên doanh với nướcngoài như: TOYOTA, MAZDA, MERCEDES BENZ và ISUZU Nhìn chung, cáccông ty này đang làm ăn có hiệu quả và đã tái đầu tư sản xuất rất lớn Ngoài ra còn

có nhiều dây chuyền nhỏ lắp ráp ô tô hoặc các đại lý mua bán ô tô của các công tykhác như KIA, SUZUKI, HUYNDAI, FORD, NISSAN…cũng đang có mặt tại

nhiều nơi trên đất nước Việt Nam Nhiều nhà máy chế tạo ô tô trọng tải lớn cũng đã

và đang được xây dựng như nhà máy sản xuất ô tô tải MAZ, công ty ô tô 1-5(TRANSINCO),…Đây chính là dấu hiệu khởi sắc cho sự phát triển một nền côngnghiệp ô tô lớn mạnh trong một tương lai không xa

Cũng như xu hướng chung của thế giới, những chiếc ô tô của Việt Nam cũngđòi hỏi ít gây ô nhiễm môi trường, hiệu quả kinh tế cao, phù hợp với cơ sở hạ tầng

và mẫu mã đẹp Tuy nhiên, do đời sống của đại đa số người dân đang còn ở mứchạn chế nên nhu cầu mua sắm ô tô tại thị trường Việt Nam lớn nhất chủ yếu làchủng loại xe có mức giá trung bình và thấp Nhu cầu về mua sắm xe sang trọng vàđắt tiền còn rất thấp Riêng đối với ô tô cá nhân (ô tô du lịch), thị trường Việt Namđang có tiềm năng rất lớn Hiện nay, xe hai bánh vẫn còn là phương tiện cá nhânphổ biến ở nước ta Đây là loại phương tiện rất cơ động nhưng cũng có rất nhiềunhược điểm như gây ô nhiễm môi trường, dễ gây ùn tắc và tai nạn giao thông Do

đó, nhu cầu sử dụng ô tô cá nhân thay thế cho xe hai bánh sẻ có xu hướng tăngnhanh trong thời gian tới

Về mặt cơ sở hạ tầng phục vụ giao thông, đường sá giao thông đô thị ở cácthành phố lớn nước ta rất hẹp so với tiêu chuẩn đường đô thị hiện đại Rất nhiềucon đường với bề rộng nhỏ hơn 4 mét Kiến trúc thành phố mang dáng dấp củanhững đô thị cổ xưa chật hẹp nhưng lại rất khó quy hoạch mới Tỷ lệ diện tíchđường giao thông so với tổng diện tích đất đô thị bình quân chung cả nước vàokhoảng 17%, đối với các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, HảiPhòng hoặc các thành phố cổ như Huế và Hội An thì tỉ lệ này còn thấp hơn nhiều.Đặc biệt, ở các thành phố lớn thường tập trung dân cư đông đúc đã làm cho mật độgiao thông trên đường phố là rất lớn và thường gây ra tắc nghẽn giao thông vào cácgiờ cao điểm Ngoài ra, diện tích đất dành cho các bãi đỗ xe công cộng là rất nhỏ vàkhông được chú trọng đầu tư mở rộng nên việc lấn chiếm lòng lề đường của cácphương tiện giao thông là phổ biến Theo thống kê chỉ tiêu sử dụng đất đô thị ở cácthành phố lớn hiện nay bình quân là 100 (m2/người), trong đó chỉ tiêu đất giao thông

là 25 (m2/người), chỉ tiêu đất cây xanh, công viên, thể dục thể thao là 18 (m2/người)

và chỉ tiêu đất xây dựng công trình phục vụ lợi ích công cộng là 5 (m2/người) Rỏràng những con số này còn rất khiêm tốn Cho nên vấn đề giải quyết ùn tắc giao

thông đô thị hiện nay đang là bài toán nan giải đối với chính quyền các thành phốlớn.

Bên cạnh của vấn đề khó mở rộng diện tích mặt đường trong các thành phố,hiện nay với sự tăng phổ biến của loại xe mô tô mà người dân thành phố đang sửdụng đã làm tăng thêm gánh nặng giao thông và gây ô nhiễm môi trường nghiêmtrọng Với chủng loại xe mô tô rẻ tiền được sản xuất từ Trung Quốc, rất hợp thị hiếutiêu dùng của người lao động Việt Nam, đã được mọi người mua sắm làm phươngtiện giao thông cá nhân Tuy nhiên, do được thiết kế để hạ giá thành nên nhữngchiếc xe loại này thường không đảm bảo kĩ thuật về giảm chất thải gây ô nhiễm môitrường và dể gây ra tai nạn giao thông Để góp phần giảm mật độ giao thông, ngoài

mở rộng diện tích đường sá, một phương pháp khác cũng khá hiệu quả, đó là quyhoạch lại phương tiện giao thông trong thành phố như phân luồng, phân tuyến,khuyến khích người dân lựa chọn kích cỡ xe phù hợp để sử dụng.Và đây cũng chính

là mấu chốt vấn đề để thực hiện đề tài thiết kế một chiếc xe ô tô cá nhân phù hợpvới cơ sở hạ tầng giao thông đô thị Việt Nam Một chiếc ô tô được thị trường và nhànước chấp nhận đưa ra sử dụng nếu có các tiêu chuẩn sau:

- Giá cả phù hợp

- Mẫu mả đẹp

- Lưu thông thuận tiện và an toàn

- Ít gây ô nhiễm môi trường

Tại thị trường Việt Nam, theo đánh giá của các nhà chuyên môn, tiềm năngphát triển ô tô là rất lớn, đặc biệt là các loại ô tô có giá cả ở mức độ thấp và trungbình, phù hợp với túi tiền của đa số người lao động Do đó, việc cho ra đời mộtchiếc xe phù hợp với thị trường Việt Nam là rất cần thiết

Trước hết, ta lựa chọn kiểu dáng của xe ô tô Như số liệu thống kê về cơ sở hạtầng đã nêu ở trên, các thành phố lớn tại Việt Nam có đường phố phần lớn rất hẹp

và mật độ giao thông lại khá cao Các khu vực dành để đỗ xe ô tô cá nhân và diệntích nhà ở của dân thành thị cũng rất hẹp Để thuận tiện lưu thông và cất giữ xe,chiếc xe mà thị trường tiêu thụ dễ chấp nhận nhất phải có kích thước nhỏ gọn Vìvậy, chọn kiểu xe ô tô cá nhân có hai chỗ ngồi là giải pháp tối ưu nhất

Ngoài những lý do trên, xe ô tô cá nhân hai chỗ ngồi còn phù hợp với thực tế ởnhững mặt sau: đa số người dân thành phố sử dụng xe để đi làm hàng ngày mộtcách riêng lẻ, chiếc xe hai chỗ ngồi ít lãng phí hơn loại bốn chỗ ngồi thông thường,

nó chỉ tương đương như mộtchiếc xe máy mà mọi người thường sử dụng, đồng thời

xe hai chỗ ngồi sẻ cho ra giá bán thấp hơn những xe nhiều hơn hai chỗ cùng loại,người tiêu dùng sẽ dễ có cơ hội mua sắm hơn

So với chiếc xe máy, mô tô, xe ô tô hai chỗ ngồi tuy giá bán cao hơn và kíchthước lớn hơn nhưng người sử dụng được an toàn hơn, tránh được mưa nắng và bụiđường của môi trường khí hậu Việt Nam Với lý do đó, nó chắc chắn cạnh tranhđược với loại xe gắn máy hai bánh, loại phương tiện đang chiếm đa số và gây ranhiều gánh nặng cho xã hội trong một tương lai gần

Sau khi xác định được kiểu dáng phù hợp, ô tô cá nhân hai chỗ ngồi, ta cầnchọn nguồn động lực tối ưu cho ô tô Như chúng ta đã biết, động cơ đốt trong lànguồn động lực phổ biến của phương tiện vận tải nhưng nó cũng có nhiều nhượcđiểm như gây ô nhiễm môi trường, hiệu suất thấp và nhiên liệu mà nó sử dụng ngàycàng khan hiếm Chính vì vậy mà ngày nay, các nhà sản xuất ô tô trên thế giới đãchuyển sang nghiên cứu động cơ sử dụng nguồn nhiên liệu mới hoặc động cơ lai đểthay thế dần cho động cơ đốt trong Trong đó, nguồn năng lượng điện đặc biệt sửdụng nhiều nhất và cho nhiều triển vọng Xe điện là loại phương tiện không phátthải khí gây ô nhiễm môi trường và tiếng ồn cũng rất nhỏ Nếu nguồn cung cấp điệncho xe điện là thủy điện, phong điện, địa nhiệt điện hoặc pin nhiên liệu…thì việcthay động cơ đốt trong bằng động cơ điện trên xe ô tô sẻ giảm đáng kể nguồn gây ônhiễm môi trường trên trái đất Chính vì vậy, nó chưa được hoàn toàn thay thế động

cơ đốt trong mà được sử dụng kết hợp gọi là động cơ lai Động cơ lai kết hợp được

ưu điểm của hai nguồn động lực trên và hạn chế những nhược điểm của nhau, tạonên nguồn động lực mới có hiệu suất cao và ít gây ô nhiễm môi trường hơn

Từ những phân tích trên, ta chọn động cơ lai điện nhiệt để làm nguồn động lựccho xe được thiết kế Tuy nhiên, khác với nguyên tắc của các loại động cơ lai “vậnhành hiệp trợ” của Toyota là nguồn điện không cần được nạp lại từ bên ngoài, động

cơ lai được trang bị trên xe hai chỗ ngồi này là động cơ lai “vận hành phụtrợ”.Nguồn điện cung cấp cho động cơ điện chủ yếu được nạp lại từ lứi điện dân

dụng, còn động cơ nhiệt chạy bằng khí ga LPG chỉ kéo máy phát điện cung cấp chođộng cơ điện khi xe cần chạy đường xa mà thôi Nói tóm lại, ô tô này vận hành từnguồn năng lượng chính là điện, loại năng lượng mà tại Việt Nam được sản xuấtchủ yếu từ thủy điện bằng một tiềm năng lớn và không gây ô nhiễm môi trường.Với kết hợp một động cơ đốt trong chạy bằng khí ga hóa lỏng (LPG) chắc chắnđộng cơ lai “vận hành phụ trợ” của xe ô tô cá nhân hai chỗ ngồi là loại động cơ

“sạch” và phù hợp với nền kinh tế Việt Nam

Như vậy chọn kiểu dáng và nguồn động lực cho xe cần thiết kế là loại hai chỗngồi động cơ lai điện – nhiệt (LPG) “vận hành phụ trợ”

3 Tổng quan về sự phát triển ô tô lai và các phương án bố trí trên ô tô Hybrid.

Vào tháng giêng năm 1997, Toyota công bố bắt đầu dự án Toyota Eco-car.Bằng một công việc của sự cố gắng này, Toyota đã quyết định giải quyết đượcnhiệm vụ quốc tế khó khăn của việc giảm bớt sự phát xạ CO2 để ngăn ngừa sự nónglên của trái đất và tăng tốc sự phát triển của xe lai với mục đích đạt được hiệu suấtnhiên liệu cao hơn so với xe ô tô truyền thống Sau đó vào tháng 3 của cùng năm

đó, Toyota công bố hoàn thành một hệ thống truyền động mới gọi là hệ thống laiToyota (Toyota Hybrid System – THS) sử dụng trong những xe ô tô hành khách

Hệ thống truyền động này kết hợp một động cơ xăng và một động cơ điện mà nókhông yêu cầu sự nạp điện ngoài như những chiếc xe ô tô hiện nay Nhiên liệu nạplại cho xe là xăng như những chiếc ô tô truyền thống Hệ thống này cũng đạt đượcgần gấp hai lần hiệu suất nhiên liệu so với những động cơ xăng truyền thống THSđược lắp đặt trong xe ô tô hành khách Prius, và đã được giới thiệu vào tháng 12 năm

1997 tại thị trường Nhật Bản với tư cách là loại sản phẩm xe lai hành khách đầu tiêntrên thế giới Vào năm 2000, Prius bắt đầu được tiếp thị ở hải ngoại, Prius đạt đượcdanh tiếng là loại xe ô tô có tính sáng tạo cao với số lượng bán ra rộng khắp thế giớivượt hơn 110 000 chiếc Trong lúc đó, THS vẫn tiếp tục được phát triển và trongnăm 2001 Toyota cho ra đời mô hình THS – C với kết hợp THS và CVT(continuously variable transmission – hệ thống truyền động biến thiên liên tục)được lắp đặt trong xe tải nhỏ Estima Hybrid và THS – M (một hệ thống lai nhẹ)được lắp đặt trong Crown, xe du lịch đắt tiền, cả hai đều được bán ra cho thị trường

Nhật Bản Thành công này đã góp phần rất lớn tạo ra những sáng kiến cho nhữngthế hệ xe ô tô của thế kỉ 21.

Hoạt động của hệ thống THS được mô tả như sau :

Hình 3.1: Sơ đồ mô tả hoạt động của hệ thống THS

Để điều khiển động cơ cho phù hợp với từng chế độ phù hợp ta sử dụng ECUđiều khiển

Ở ôtô Hybrid thì động cơ xăng luôn luôn làm việc ở chế độ tối ưu.Vì vậy khi sửdụng động cơ này sẽ mang tính kinh tế cao và hạn chế ô nhiễm môi trường

Khi chạy trong thành phố: Chỉ động cơ điện được sử dụng cho khởi động và từtốc độ thấp tới trung bình

Khi chạy đường trường: Khi vận tải khách,cả động cơ xăng lẫn động cơ điệnđều điều khiển những bánh xe chủ động, công suất động cơ xăng được chia ra giữanhững bánh xe và một máy phát điện, mà máy phát điện này điều khiển động cơđiện quay Sự cung cấp năng lượng là được kiểm soát để làm hiệu suất cực đại Tấtnhiên, máy phát cũng nạp lại nguồn ắc quy từ công suất động cơ xăng dư thừa.Khi leo dốc, tăng tốc đột ngột: Nguồn ắc quy cùng bổ sung thêm năng lượng đểđẩy mạnh truyền công suất, khi đó động cơ xăng và động cơ điện cùng cung cấp sứckéo để cân bằng với đòi hỏi của sự gia tốc

Khi xuống dốc, phanh: Động cơ điện đóng vai trò một máy phát điện được kéobởi những bánh xe của ô tô “Hệ thống phanh làm tái sinh” này được khôi phục độngnăng của ô tô thành điện năng và dược cất dữ trong nguồn ắc quy hiệu suất cao

Trong quá trình hoạt động, hệ thống THS tạo một mối liên hệ chặt chẽ giữađộng cơ điện và động cơ xăng Cả hai động cơ thành phần này kết hợp đưa ra côngsuất hợp lý theo đòi hỏi của phụ tải làm cho hoạt động của xe tiện nghi và an toàn ởhiệu quả cao nhất có thể có

3.1 Khái niệm hệ thống truyền lực của xe Hybrid.

Một cách cơ bản, bất cứ hệ thống truyền lực của phương tiện vận tải thì yêu cầuthứ nhất là đặc tính hiệu suất nhiên liệu của động cơ phải phù hợp với sự đòi hỏi củahoạt động thực tế để cung cấp đủ năng lượng đáp ứng nhu cầu tải cho sự vận hànhcủa phương tiện, mang đủ năng lượng bên trong nó để truyền cho phương tiện trongmột cự ly nhất định, hiệu suất cao, và phát thải ít chất gây ô nhiểm gây môi trường.Một cách rộng hơn, một phương tiện vận tải có thể có nhiều hơn một nguồn nănglượng và bộ biến đổi năng lượng (nguồn năng lượng) như một hệ thống động cơnhiệt - xăng (hoặc Diesel), Hydrogen - pin nhiên liệu – hệ thống động cơ điện, ắcquy hóa học v v Một phương tiện vận tải có hai hoặc nhiều hơn nguồn năng lượng

và bộ chuyển đổi năng lượng thì gọi là một xe Hybrid Một xe Hybrid với một hệthống truyền động bằng điện (nguồn năng lượng, bộ chuyển đổi năng lượng) thìđược gọi là một HEV

Một hệ thống truyền động xe Hybrid thường gồm không nhiều hơn hai hệthống truyền lực Nhiều hơn hai hệ thống truyền lực sẽ làm hệ thống phức tạp.Nhằm mục đích lấy lại phần năng lượng khi phanh, cái mà bị tiêu tán thành nhiệttrong các phương tiện truyền thống, một hệ thống truyền động xe Hybrid thường cómột nguồn năng lượng thuận nghịch và bộ chuyển đổi Một loại hệ khác cả haithuận nghịch hoặc không thuận nghịch Hình vẽ bên dưới thể hiện khái niệm hệthống truyền động của xe Hybrid và đường đi của các luồng công suất khác nhau

Hình 3.2: Hình vẽ minh họa hệ thống truyền lực của xe Hybrid

Hệ thống truyền động xe Hybrid cung cấp năng lượng theo yêu cầu bởi một hệthống truyền lực thích hợp Có nhiều dạng khả dụng của sự tổ hợp các luồng côngsuất để đáp ứng đòi hỏi của tải như mô tả ở dưới :

1) Chỉ hệ thống truyền lực 1cung cấp năng lượng cho tải

2) Chỉ hệ thống truyền lực 2 cung cấp năng lượng cho tải

3) Cả hệ thống truyền lực 1 và 2 cùng cung cấp năng lượng cho tải tạicùng thời điểm

4) Hệ thống truyền lực 2 nhận năng lượng từ tải (Phanh tái sinh)

5) Hệ thống truyền lực 2 nhận năng lượng từ hệ thống truyền lực 1.6) Hệ thống truyền lực 2 nhận năng lượng từ hệ thống truyền 1 và tải tạicùng thời điểm

7) Hệ thống truyền lực 1 cung cấp năng lượng đến tải và hệ thống truyềnlực 2 tại cùng thời điểm

8) Hệ thống truyền lực 1 cung cấp năng lượng đến hệ thống truyền lực 2

và hệ thống truyền lực 2 cung cấp năng lượng đến tải

9) Hệ thống truyền lực 1 cung cấp năng lượng đến tải, và tải cung cấpnăng lượng đến hệ thống truyền lực 2

Trong trường hợp của sự lai hóa với một động cơ dùng nhiên liệu lỏng

( HTTL1) và một ắc quy – động cơ điện (HTTL2), dạng (1) là chế độ chỉ động cơnhiệt tạo lực đẩy Chế độ này có thể sử dụng khi bình ắc quy hầu như đã được sửdụng hết và động cơ không còn năng lượng dư thừa để nạp bình ắc quy hoặc khibình ắc quy đã nạp đầy và động cơ có thể cung cấp đủ năng lượng đáp ứng yêu cầutải của xe Dạng (2) chế độ tạo lực đẩy thuần túy là điện, lúc này động cơ tắt Dạngnày có thể sử dụng ở ví trí nơi mà động cơ không thể hoạt động có hiệu quả như khitốc độ rất thấp hoặc trong vùng nơi mà sự ô nhiểm bị kiểm soát chặt chẽ Dạng (3)

là chế độ hoạt động hỗn hợp và có thể sử dụng khi có nhu cầu năng lượng lớn nhưgia tốc đột ngột hoặc leo dốc đứng Dạng (4) là chế độ phanh tái sinh lúc này độngnăng hoặc thế năng của xe được khôi phục thông qua hoạt động của động cơ điệnnhư một máy phát Năng lượng tái sinh được lưu giữ trong bình ắc quy và được sửdụng sau Dạng (5) là chế độ trong đó động cơ nạp năng lượng cho ắc quy trong khi

xe dừng tại chỗ, xuống dốc, hoặc đi xuống một bậc mảnh khảnh trong đó không có

năng lượng nào đi vào trong hoặc đến từ tải Dạng (6) là chế độ trong đĩ cả phanhtái sinh và động cơ đồng thời nạp ắc quy Dạng (7) là chế độ trong đĩ động cơ thờiđẩy xe và nạp ắc quy Dạng (8) là chế độ mà động cơ nạp ắc quy và ắc quy cung cấpnăng lượng đến tải Dạng (9) là chế độ trong đĩ dịng năng lượng vào trong ắc quy

từ động cơ nhiệt thơng qua khối lượng của xe Hệ đặc trưng của chế độ này là 2 hệthống truyền lực tách biệt đặt ở trục trước và trục sau của xe

Chế độ hoạt động đa dạng ở xe Hybrid tạo sự linh hoạt hơn ở các xe cĩ hệthống truyền lực đơn Với mỗi hệ riêng và điều khiển ứng dụng chế độ riêng chomỗi điều kiện hoạt động, đặc biệt cĩ thể tối ưu hĩa chỉ tiêu vận hành tổng cộng,hiệu suất, và ơ nhiểm

Hình 3.3: Năng lượng tải được phân tích thành thành phần ổn định và động

Tuy nhiên trong thực tế thiết kế tính tốn việc quyết định chế độ nên thực thiphụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc vật lý của hệ thống truyền lực, đặc tínhhiệu suất của hệ thống, đặc tính tải…

Việc vận hành mỗi hệ thống truyền lực trong vùng hiệu suất tối ưu của nĩ thìcần thiết đối với hiệu suất tổng cộng của xe Một động cơ nĩi chung cĩ hiệu suất tốtnhất trong vùng vận hành với bướm ga mở rộng Việc vận hành ra khỏi vùng này sẽ

là nguyên nhân làm thiệt hại nhiều hiệu suất Mặt khác thiết hại hiệu suất trong mộtđộng cơ điện thì khơng tệ hại như vậy khi so sánh với một động cơ hoạt động khỏivùng tối ưu của nĩ

Trong hoạt động thực tế tải của xe thay đổi một cách ngẫu nhiên được chứngminh bởi tần số gia tốc, lên dốc, xuống dốc, như minh họa ở hình 3.3 Thật sự, nănglượng tải bao gồm hai thành phần: một là năng lượng cân bằng (trung bình) nĩ cĩgiá trị khơng đổi và một thành phần khác là động năng nĩ cĩ giá trị trung bình bằng

0 Trong chiến lược của xe Hybrid một hệ thống truyền lực thiên về chế độ hoạtđộng ổn định như một động cơ đốt trong, pin nhiên liệu cĩ thể được sử dụng để

0

Thờigian

Năng lượng tải

0 Thờigian

Động năng 0

Năng lượng

ổn định

Thờigian

cung cấp năng lượng trung bình Mặt khác, một hệ thống truyền lực khác như mộtđộng cơ điện có thể sử dụng để cung cấp động năng Năng lượng tổng cộng cungcấp ra từ hệ thống truyền động động năng sẽ bằng 0 trong cả chu kỳ truyền động.Điều này hàm ý rằng nguồn năng lượng của hệ thống truyền động động năng không

bị mất mát chúng tích năng lượng tại điểm cuối của chu trình truyền động, nó đặctrưng như một cái dập tắt năng lượng dao động

Trong xe Hybrid năng lượng cân bằng ổn định có thể được cung cấp bởi mộtđộng cơ đốt trong, động cơ Stirling, một pin nhiên liệu v…v Động cơ đốt tronghoặc pin nhiên liệu có thể được thiết kế nhỏ hơn khi dùng trong hệ thống truyền lựcđơn bởi vì động năng thì được cung cấp bởi nguồn năng lượng khác, và lúc đó cóthể hoạt động ổn định trong hầu hết vùng hiệu suất tối ưu của nó Năng lượng độngnăng có thể được cung cấp bởi của một động cơ điện, bởi năng lượng từ bình ắc quyhóa học, bánh đà (ắc quy cơ khí), và sự kết hợp của chúng

3.2 Các phương án bố trí trên ô tô hybrid.

Hệ thống THS có 3 kiểu liên kết của hai động cơ thành phần, đó là kiểu nốitiếp, kiểu song song và kiểu hỗn hợp

3.2.1 Kiểu lai nối tiếp

Hình 3.4: Hệ thống lai nối tiếp

Ở kiểu lai năy động cơ điện điều khiển những bânh xe, công việc duy nhất của động

cơ xăng lă kĩo mây phât điện sinh ra điện năng

3.2.2 Kiểu lai song song.

Ắ c quy

Bộ chuyể n đổ i điệ n

Độ ng cơ điệ n

Bánh xe chủ độ ng

Dòng cơ năng Dòng điệ n năng

Độ ng cơ xăng

Cơ cấ u truyề n độ ng

Bánh răng giảm tố c

Sơ đồ hệ thố ng lai song song

Hình 3.5: Hệ thống lai song song

Ở kiểu lai năy, động cơ xăng thực hiện điều khiển chính những bânh xe, động cơđiện sẻ giúp đỡ cho quâ trình gia tốc

3.2.3 Kiểu lai hỗn hợp.

Máy phát điệ n

Ắ c quy

Bộ chuyể n đổ i điệ n

Độ ng cơ điệ n

Bánh xe chủ độ ng

Dòng cơ năng Dòng điệ n năng

Độ ng cơ xăng

Bộ phân chia công suấ t

Bánh răng giảm tố c

Sơ đồ hệ thố ng lai hỗ n hợ p

Hình 3.6: Hệ thống lai hỗn hợp

Ở kiểu lai năy có một bộ phận gọi lă thiết bị phđn chia công suất, chuyển giao một tỉ

lệ biến đổi liín tục công suất của động cơ xăng vă động cơ điện đến câc bânh xe chủđộng Tuy nhiín xe có thể chuyển động ím dịu với chỉ động cơ điện

Phụ thuộc văo hệ thống lai ta có biểu đồ tỉ lệ sử dụng công suất như sau:

Tỉ lệ sư í dụ ng công suấ t giư îa hai loạ i độ ng cơ thành phầ n

Độ ng cơ xăng Độ ng cơ điệ n

Độ ng cơ xăng

Độ ng cơ điệ n

Độ ng cơ xăng

Độ ng cơ điệ n

Hình 3.7: Biểu đồ tỉ lệ công suất giữa 2 loại động cơ điện-xăng

* Ở kiểu lai nối tiếp: Sử dụng động cơ xăng để phât điện cho động cơ điện điềukhiển những bânh xe chủ động, động cơ xăng vă động cơ điện lăm việc cùng mộtlượng thời gian

* Ở hệ thống lai song song: Sử dụng động cơ xăng như nguồn sức mạnh chính,động cơ điện chỉ cung cấp sức kĩo trong thời gian tăng tốc, do đó động cơ xăngđược sử dụng nhiều hơn động cơ điện

* Ở hệ thống lai hỗn hợp: Thiết bị chia công suất phđn chia công suất động cơ xăng

ra từng phần, vì vậy tỉ lệ công suất đến câc bânh xe chủ động vă đến mây phât điệnthay đổi liín tục Động cơ điện có thể tạo ra điện như một mây phât điện nín động

cơ điện được sử dụng nhiều hơn so với động cơ xăng

Trín cơ sở THS, TOYOTA đê cho ra đời hệ thống xe lai vận hănh hiệp trợ(Hybrid Synergy Drive) gọi lă HSD hoặc THS 2

Nguyín lý lăm việc của THS II cũng tương tự như ở hệ thống THS Mô hìnhcấu tạo của nó được mô tả ở hình 3.8 Tất cả câc bộ phận cơ bản của THS II đêđược phât triển bởi Toyota theo một câch riíng của nó Mạch điện điện âp cao,động cơ điện, mây phât điện vă nguồn ắc quy đê được thiết kế lại thật tối ưu Hệ

thống gồm có hai loại nguồn công suất, một động cơ xăng hiệu suất cao kiểu chutrình Atkinson (chu trình tỷ số nén cao), kết hợp với một động cơ điện xoay chiều(AC) đồng bộ nam châm vĩnh cửu với công suất phát ra gấp 1,5 lần so với hệ thốngTHS trước đây Ngoài ra, hệ thống còn có một máy phát điện, một bộ nguồn ắc quyNiken - Hyđrua kim loại (Ni-MH) hiệu suất cao và một bộ điều khiển công suất tốiưu.

Hình 3.8: Cấu hình của một hệ thống THS II

* Hệ thống THS II có một số điểm khác biệt đối với hệ thống THS như sau:

+ Hệ thống điện có điện áp cao hơn:

Mạch điện điện áp cao là một công nghệ mới trong hệ thống THS II Nhờ điềukiện phát triển một mạch điện điện áp cao mới bên trong bộ điều khiển, điện áp củađộng cơ điện và máy phát điện đã được tăng lên 500V Do đó, nguồn điện có thểcung cấp cho động cơ điện một dòng điện nhỏ hơn với công suất không đổi, nhờvậy góp phần để tăng hiệu suất của hệ thống So sánh điện áp giữa hai hệ thốngTHS và THS II được mô tả như ở hình 3.9

Bé ®iÒu khiÓn c«ng suÊt

§éng c¬ ®iÖn

B¸nh r¨ng gi¶m tèc

Bé ph©n chia c«ng suÊt

M¸y ph¸t ®iÖn

§éng c¬ x¨ng

Nguån ¾c quy

Hình 3.9: Hệ thống điện điện áp cao của THS II

+ Động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ công suất cao:

Động cơ điện đã được phát triển dựa vào những công nghệ mà Toyota đã nuôidưỡng trong khi thiết kế cho những xe ô tô điện THS II sử dụng một động cơ điệnkiểu AC đồng bộ nam châm vĩnh cửu, mà cũng chính là một mô tơ DC không chổithan hiệu suất cao sử dụng dòng AC Những nam châm vĩnh cửu được bố trí trongmột rô to làm từ thép điện từ mỏng ghép lại tạo thành một động cơ điện hiệu suấtcao Hơn nữa, nhờ sắp xếp những nam châm vĩnh cửu trong một sự tối ưu hình chữ

V, mô men xoắn dẫn động được cải thiện và công suất đầu ra là được tăng Kết hợpvới điện áp cao của bộ cung cấp điện, công suất phát ra lớn nhất của động cơ điệnđược tăng lên khoảng xấp xỉ gấp 1,5 lần so với ở hệ thống THS, cụ thể là từ 33 KWtới 50 KW với kích thước của động cơ điện giống nhau Có thể nói đây là mẫu động

cơ điện sản sinh ra công suất trên một đơn vị trọng lượng (thể tích) cao nhất của thếgiới Để điều khiển động cơ điện, một phát triển mới hơn là hệ thống điều khiểnđiều biến đã được thêm vào ở vùng tốc độ trung bình, khác với phương pháp trướcđây là chỉ điều khiển ở tốc độ thấp và cao Nhờ việc cải tiến phương pháp cải biến

độ rộng xung, công suất phát ra tổng cộng cả hai động cơ của hệ thống THS II trongphạm vi tốc độ trung bình đã được tăng thêm một lượng lớn nhất xấp xỉ 30 %.

Hình 3.10: Vị trí lắp đặt nam châm vĩnh cửu trong rô tô động cơ điện

Hình 3.11: Đường đặc tính của hai hệ thống lai THS và THS II

+ Nguồn ắc quy của hệ thống lai:

Trong THS II, nguồn ắc quy Nickel - Hyđrua kim loại đảm bảo hiệu năng cao

và gọn nhẹ Để duy trì một sự tích nạp điện không thay đổi, nguồn ắc quy phónghoặc nạp điện thông qua máy phát và động cơ điện, và bởi vậy không yêu cầu sựnạp điện từ bên ngoài như đối với xe ô tô điện

)