khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ – máy phát – động cơ điện của ô tô hybrid prius 2001 – 2003

Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU 1
1. TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID 3
1.1. SỰ CẦN THIẾT VỀ TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU VÀ GIẢM Ô NHIỄM MÔI
TRƯỜNG 3
1.2. GIỚI THIỆU VỀ Ô TÔ HYBRID 15
2. GIỚI THIỆU VỀ Ô TÔ HYBRID TOYOTA PRIUS 2001 – 2003 22
2.1. ĐỘNG CƠ 1NZ – FXE 23
2.2. CÁC HỆ THỐNG TRÊN Ô TÔ HYBRID PRIUS 2001 – 2003 27
3. CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CÁC NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID 40
3.1. BỐ TRÍ NỐI TIẾP CÁC NGUỒN ĐỘNG LỰC 40
3.2. BỐ TRÍ SONG SONG CÁC NGUỒN ĐỘNG LỰC 42
3.3. BỐ TRÍ HỖN HỢP CÁC NGUỒN ĐỘNG LỰC 44
4. KHẢO SÁT SỰ PHỐI HỢP LÀM VIỆC CỦA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ – MÁY PHÁT –
ĐỘNG CƠ ĐIỆN CỦA Ô TÔ HYBRID PRIUS 2001 – 2003 47
4.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ PRIUS 47
4.2. CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG VÀ SỰ PHỐI HỢP LÀM VIỆC CỦA TỔ HỢP
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG – MÁY PHÁT – ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ô TÔ PRIUS 58
4.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỰ PHỐI HỢP LÀM VIỆC 66
5. KẾT CẤU BỘ PHẬN CHIA CÔNG SUẤT TRÊN Ô TÔ PRIUS 81
5.1. SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BỘ CHIA CÔNG SUẤT 81
5.2. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ CHIA CÔNG
SUẤT 87
6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 93
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng trước nhiều
khó khăn, thử thách và cả những cơ hội đầy tiềm năng. Ngành ô tô Việt Nam cũng không
1

Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
ngoại lệ. Khi thế giới bắt đầu sản xuất ô tô chúng ta chỉ được nhìn thấy chúng trong tranh
ảnh, hiện nay khi công nghệ về sản xuất ô tô của thế giới đã lên tới đỉnh cao chúng ta mới
bắt đầu sửa chữa và lắp ráp. Bên cạnh đó thị trường ô tô Việt Nam là một thị trường đầy
tiềm năng theo như nhận định của nhiều hãng sản xuất ô tô trên thế giới nhưng hiện nay
chúng ta mới chỉ khai thác được ở mức độ buôn bán, lắp ráp và sửa chữa. Mức thuế 200%
đối với xe nhập khẩu vẫn không ngăn được người dân Việt Nam mua những chiếc xe trị
giá cả vài trăm nghìn đến hàng triệu đô la, vì đây là một nhu cầu thiết yếu mà số ngoại tệ
này là không nhỏ đối với Việt Nam chúng ta nhất là trong thời kỳ phát triển đất nước như
hiện nay.
Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình tự động
hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là ô tô,
không chỉ làm cho người sử dụng cảm thấy thoải mái, gần gũi với chiếc xe của mình, thể
hiện phong cách của người sở hữu chúng. Vì vậy với đề tài chọn là nghiên cứu, “Khảo sát
sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện” em rất
mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức đã được truyền thụ để khi ra trường
em có thể tham gia vào ngành ô tô của Việt Nam để góp phần vào sự phát triển chung của
ngành.
Em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn Nguyễn Quang Trung
đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn
thành đồ án của mình. Bên cạnh đó em cũng cảm ơn các thầy trong khoa đã tạo mọi điều
kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Khang
Đà Nẵng ngày 1 tháng 3 năm 2009
2
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
1. TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID.
1.1. SỰ CẦN THIẾT VỀ TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU VÀ GIẢM Ô NHIỄM MÔI

TRƯỜNG.
1.1.1. Vấn đề ô nhiễm môi trường do sự gia tăng số lượng ô tô trên thế giới.
Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp Hydrocacbon với không khí chỉ sinh ra CO
2
,
H
2
O và N
2
. Tuy nhiên do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lý tưởng cũng như do
tính chất phức tạp của các hiện tượng lý hóa diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí xả
động cơ luôn chứa một hàm lượng đáng kể các chất độc hại như oxyde nitơ (NO, NO
2
,
N
2
O, gọi chung là NO
x
), monoxydecarbon(CO), các Hydrocacbon chưa cháy (HC) và các
hạt rắn đặc biệt là bố hóng. Ngoài ra trong nhiên liệu còn có lẫn các tạp chất như lưu
huỳnh nên có thêm SO
2
; để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu người ta pha thêm vào
nhiên liệu hỗn hợp nước chì Pb(C
2
H
5
)
4
nên tạo ra oxit chì trong khí thải do đó làm cho

không khí bị ô nhiễm bụi chì ảnh hưởng đến thần kinh con người. Nồng độ các chất ô
nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành.
Cùng với quá trình phát triển công nghiệp nói chung trong đó sự gia tăng nhanh số
lượng ô tô đóng một vài trò quan trọng làm gia tăng một cách đáng ngại của một số chất
gây ô nhiễm trong bầu khí quyển. Đến nay người ta đã xác định được các chất gây ô
nhiễm không khí mà phần lớn những chất đó có mặt trong khí xả của động cơ đốt trong.
Người ta đã xác định được nồng độ các chất gây ô nhiễm qua từng thời kỳ, cũng như tốc
độ gia tăng hàng năm của các chất khí này như bảng sau :
Bảng 1-1 Sự gia tăng các chất khí gây ô nhiễm trong khí quyển.
Chất ô nhiễm
Thời kỳ tiền
công nghiệp (ppm)
Hiện nay
(ppm)
Tốc độ
tăng(%năm)
CO
2
270 340 0.4
N
2
O 0.28 0.30 0.25
CO 0.05 0.13 3
SO
2
0.001 0.002 2
3
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
Bảng 1-2 Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Nhật (tính theo %).

Bảng 1-3 Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Mĩ (tính theo %)
Nguồn phát phát ô nhiễm CO HC NO
x
Ô tô 64.7 45.7 36.6
Các phương tiện giao thông
khác
9.0 7.2 10.5
Quá trình cháy công nghiệp 9.1 16.8 42.8
Công nghiệp dầu mỏ 5.2 5.3 1.7
Các hoạt động khác 12 25 8.4
Tổng cộng 100 100 100
Tùy theo chính sách năng lượng của mỗi nước, sự phân bố tỷ lệ phát sinh ô nhiễm
của các nguồn khác nhau không đồng nhất nhưng nhìn chung tỷ lệ phát thải chất ô nhiễm
4
Nguồn phát phát ô nhiễm CO HC NO
x
Ô tô 93.0 57.3 39
Sản xuất điện năng 0.1 0.1 21.5
Quá trình cháy trong công
nghiệp
0.0 26.4 31.3
Các quá trình cháy khác 603 0.7 0.8
Công nghiệp dầu mỏ - 14.8 5.1
Các hoạt động khác 0.6 0.7 2.6
Tổng cộng 100 100 100
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ơ tơ Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
do các phương tiện giao thơng vẫn chiếm một tỷ lệ lớn thể hiện qua sự phân bố ở Mĩ và
Nhật như trên.
400

200
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0
Công nghiệp
Giao thông
Sinh hoạt
Hoạt động thương mại
Lượng ô nhiễm CO
2
triệu tấn
1975 1980 1985 1990 1995 2000
Hình 1-1 Sự gia tăng luợng ơ nhiễm khí thải carbon dioxide qua các năm
Ngồi các chất ơ nhiễm trên trong khí thải động cơ có một lượng lớn khí CO
2
cùng
với sự gia tăng nhanh về số lượng ơ tơ trên thế giới làm cho khối lượng khí này thải vào
khí quyển ngày càng gia tăng và chiếm một tỷ lệ lớn trong lượng phát thải CO
2
của tồn
thế giới hàng năm thể hiện qua đồ thị sau :
Hình 1-2 Phân bố lượng ơ nhiễm Cacbon dioxide từ 1980 đến 1999.
a) Tác hại các của chất ơ nhiễm trong khí xả động cơ.
Cùng với sự gia tăng tốc độ cơng nghiệp hóa và sự gia tăng nhanh số lượng ơ tơ thì
các chất khí thải của chúng cũng bắt đầu ảnh hướng đến mơi trường và con người. Và

cũng từ đó con người bắt đầu quan tâm đén những tác hại của chúng và có những nghiên
cứu nghiêm túc về những tác hại đó cụ thể như sau:
5
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
• Đối với sức 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 thiếu oxygene.
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 ( khi nồng độ CO trong
không khí lớn hơn 1000ppm ). Ở nồng độ thấp hơn CO cũng có thể 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 con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh.
- NO
x
: là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NO
x
được hình thành
do N
2
tác dụng với O
2
ở điều kiện nhiệt độ cao ( vượt quá 1100
o
C ). Monoxyde nitơ
không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra NO
2
. Nó là chất khí màu hơi hồng , có
mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12 ppm.
NO

2
là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và
làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở. Protoxyde
nitơ N
2
O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển.
- Hydrocarbure : Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không
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 máu khi nồng độ của nó lớn hơn
40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m
3
, đôi khi nó là nguyên
nhân gây các bệnh về gan.
- SO
2
: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vào nước
mũi, bị oxy hóa thành H
2
SO
4
và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong
phổi. Mặt khác, SO
2
làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác
hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.
- Bồ hóng: Bố 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 0,3µm nên rất dễ xâm
nhập vào phổi. Sự nguy hiểm của bố hóng ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp
như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, nó còn 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.
6
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
- Chì: chỉ có mặt trong khí xả khi nhiên liệu có pha Pb(C
2
H
5
) nhằm tăng tính chống
kích nổ của nhiên liệu. Tuy nhiên gần đây hầu như nhiên liệu đã cấm pha chì nhằm tránh
tác hại của nó trong khí xả động cơ.
• Đối với môi trường.
- Thay đổi nhiệt độ khí quyển (Hiệu ứng nhà kính): Sự hiện diện của các chất gây ô
nhiễm đặc biệt là các chất khí gây hiệu ứng nhà kính trước hết ảnh hưởng đến quá trình
cân bằng nhiệt của bầu khí quyển. trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người
ta quan tâm nhiều đến khí carbonic CO
2
vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy
của nhiên liệu có chứa thành phần carbon và là thành phần chủ yếu trong các khí gây hiệu
ứng nhà kính.
Hình 1-1 Thành phần các chất khí gây hiệu ứng nhà kính.
Sự gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển do sự hiện diện của các chất khí gây hiệu
ứng nhà kính có thể được giải thích như sau:
Quả đất nhận nặng lượng từ mặt trời và bức xạ lại không gian một phần nhiệt lượng
mà nó nhận được. Phổ bức xạ nhiệt của mặt trời và võ trái đất trình bày như hình sau.
7
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
Phổ bức xạ từ mặt trời Phổ bức xạ từ trái đất

Hình 1-2 Phổ bức xạ của mặt trời và trái đất.
Hình 1-3 Hiệu ứng nhà kính.
Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được (có bước sóng trong
khoảng 0,4 – 0,7µm) còn bức xạ cực đại của vỏ trái đất nằm trong vùng hồng ngoại (7 -
15µ ).Các chất khí khác nhau có dãy hấp thụ bức xạ khác nhau. Do đó, thành phần các
chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữ mặt trời, trái đất
và không gian. Carbonic là chất khí có dãy hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng
15µm, vì vậy nó được xem như trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ
quan trọng đối với tia bức xạ hồng ngoại từ trái đất. Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO
2
8
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
giữ lại sẽ bức xạ ngược lại về trái đất làm nóng thêm bầu khí quyển theo hiệu ứng nhà
kính. Như mô tả ở hình 1-7.
Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbnic trong bầu khí quyển như hiện nay, người ta
dự đoán vào khoảng giữ thế kỷ 22, nồng độ khí carbonic có thể tăng lên gấp đôi. Khi đó,
theo dự tính của các nhà khoa học, sẽ xảy ra sự thay đổi quan trọng đối với sự cân bằng
nhiệt trên quả đất :
+ Nhiệt độ của bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 đến 3
o
C.
+ Một phần băng ở Bắc cực và Nam cực sẽ tan làm tăng chiều cao mực nước biển.
+ Làm thay đổi chế độ mưa gió và sa mạc hóa thêm bề mặt trái đất.
Sự gia tăng một cách nhanh chóng của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính đặc biệt là
khí carbonic một chất khí chiểm tỷ lệ lớn trong khí thải của động cơ ô tô cùng với quá
trình công nghiệp đã làm nhiệt độ của trái đất liên tục tăng đặc biệt từ thập niên 70 của thế
kỷ 20 thể hiện ở hình dưới.
1
8

6
1
1
8
7
1
1
8
8
1
1
8
9
1
1
9
0
1
1
9
1
1
1
9
2
1
1
9
3
1

1
9
4
1
1
9
5
1
1
9
6
1
1
9
7
1
1
9
8
1
1
9
9
1
-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
Year
F
0
0
C
Hình 1-4 Sự thay đổi nhiệt độ của trái đất qua các năm.
- Ảnh hưởng đến sinh thái.
Sự gia tăng của NO
x
, đặt biệt là Protoxyde nitơ N
2
O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy
hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt
trời. Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các
vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn đến hủy hoại sự sống của mọi sinh vật
trên trái đất giống như điều kiện trên sao Hỏa hiện nay.
9

Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ơ tơ Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
Mặt khác các chất khí có tính acide như SO
2
, NO
2
, bị oxy hóa thành acide sulfuric,
acide nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết trong sương mù… làm hủy hoại thảm thực vật
trên mặt đất và gây ăn mòn các cơng trình kim loại.
1.1.2. Sự cần thiết về tiết kiệm nhiên liệu.
Như chúng ta đã biết năng lượng hóa thạch đã chiếm một vị trí quan trọng trong q
trình phát triển của nhân loại đặc biệt trong thời kỳ các cuộc cách mạng cơng nghiệp trong
đó các phương tiện giao thơng tăng mạnh đã tiêu thụ một lượng lớn năng lượng hóa thạch
và đẩy nguồn năng lượng này đứng trước nguy cơ cạn kiệt trong một thời gian ngắn.
• Dầu mỏ.
Năm 1970 người ta đã dự báo dầu mỏ đủ dùng trong 30 năm nữa với tốc độ tiêu thụ
2,4 tỷ tấn/năm. Trữ lượng dầu còn khoảng 72 tỷ tấn, như vậy năm 2000 sẽ khơng còn dầu
nữa. Vì vậy vào năm 1973 đã xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng trầm trọng giá dầu
tăng gấp 4 lần.
Trữ lượng
dầu mỏ
Nhu cầu
Sử dụng năng
lượng mới
Năm
Tỷ thùng
80
70
60
50

40
30
20
10
0
2040 202020001980 196019401920 1900
Hình 1-5 Trữ lượng dầu phát hiện và nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ.
10
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ơ tơ Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
0
500
1000
1500
2000
1970 1980 1990 2000 2010 2020 20402030
2050
2500
Lượng nhiên liệu đã tiêu thụ
Lượng nhiên liệu được phát hiện(lượng tiêu
thụ +lượng còn lại)
Lượng nhiên liệu còn lại
Năm hết nhiên liệu
Lượng còn lại, tổng lượng, lượng đã tiêu thụ của dầu mỏ
Năm
Hình 1-6 Lượng dầu mỏ phát hiện được, tiêu thụ và còn lại của thế giới.
Tuy vậy tính đến năm 2005 thế giới đã tiêu thụ 110 tỷ tấn dầu, nhưng vẫn còn 140 tỷ
tấn và còn khai thác được trong vòng 36 năm với nhu cầu tiêu như hiện nay (theo đó đến
năm 2040 dầu mỏ sẽ hết) đây được xem là một dự báo chính xác hơn những dự báo năm
1970 do sự phát triển của khoa học kĩ thuật như thể hiện ở hình trên. Mặc dù vậy nhu cầu

sử dụng dầu mỏ vẫn tăng cao và tăng liên tục kéo theo trữ lượng khai thác hàng năm và
giá dầu liên tục tăng. Đặc biệt giá dầu trong những năm gần đây tăng nhanh và liên tục
lập những kỷ lục mới nhiều lúc đã vượt qua ngưỡng 100USD/thùng đặc biệt trong năm
2008 này dầu thơ đã có lúc lên đến 115USD/ thùng đặt kinh tế thế giới trước nhiều thách
thức của khủng hoảng kinh tế, thể hiện qua các biểu đồ sau dưới.
Các loại năng lượng hóa thạch khác như than đá tuy còn thời hạn sử dụng nhiều hơn
(than đá còn 114 năm sử dụng) nhưng so với dầu mỏ thì nó có nhiều nhược điểm đặc biệt
khi sử dụng trên các phương tiện giao thơng sẽ gây rất nhiều bất lợi và nó chỉ được sử
dụng trong thời kỳ trước khi khoa học cơng nghệ chưa phất triển vào thời kỳ động cơ hơi
nước. Nói tóm lại nó khơng có tương lại trong ngành giao thơng vận tải vì vậy đối với
giao thơng vận tải sử dụng các phương tiện truyền thống dầu mỏ vẫn là nhiên liệu quan
trọng nhất mà cho đến nay tìm được một nguồn nhiên liệu nhằm thay thế hồn tồn dầu
mỏ một cách khả thi vẫn còn rất khó khăn.
11
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ơ tơ Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
Hình 1-7 Trữ lượng dầu mỏ tính theo năm khai thác
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
Lượng tiêu thụ dầu mỏ nghìn thùng/ngày
Năm
Hình 1-8 Nhu cầu tiêu thụ dầu của thể giới qua các năm

12
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
North America
Asia Pacific
Western Europe
Estern Europe
and Former USSR
South and Central America
Middle East
Africa
Oil consumption in thousand barrels per day
Year
1
9
9
8
1
9
9
6
1
9
9
4
1
9
9
2
1

9
9
0
1
9
8
8
1
9
8
6
1
9
8
4
1
9
8
2
1
9
8
0
25000
20000
15000
10000
5000
0
Hình 1-9 Nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ của các khu vực trên thế giới

1860 1917 1950 1973 1980 1990 2000 2007
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
USD/thuøng
Naêm
Hình 1-10 Giá dầu thế giới qua các năm.
Tuy vậy các phương tiện vận tải nói chung và ô tô nói riêng với sự phát triển nhanh
chóng về số lượng nhằm đáp ứng nhu cầu con người trong xu thế toàn cầu hóa, cơ giới
hóa, ô tô hóa di chuyển đã tiêu thụ một lượng lớn dầu mỏ và góp phần đặt nó trước nguy
cơ cạn kiệt, như minh họa ở hình dưới.
13
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
Hình 1-11 Tỷ lệ sử dụng dầu mỏ của các phương tiện giao thông.
Hình 1-12 Nhu cầu tiêu thụ dầu của các phương tiện giao thông vận tải.
• Khí thiên nhiên.
Thành phần chủ yếu là CH
4
theo dự báo của các nhà khoa học trữ lượng của nó còn
nhiều hơn dầu mỏ và có thể khai thác sử dụng trong vòng 62 năm nữa. Trong đặc biệt là
14
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện

trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
khí dầu mỏ hóa lỏng (Liqui Ptroleum Gas) hay còn gọi là LPG được lọc từ dầu mỏ hoặc
tinh luyện khí thiên nhiên, nó có các tính chất quan trọng đáp ứng được đòi hỏi của nhiên
liệu dùng cho các động cơ trên các phương tiện giao thông như : có nhiệt trị cao ( Nhiệt
trị thấp Q
l
= 45,8MJ/Kg ), có chỉ số octan cao ( > 100 ), có áp suất hóa lỏng thấp ( ở điều
kiện bình thường khoảng 7bar). Tuy nhiên việc ứng dụng trong thực tế còn gặp nhiều khó
khăn trong khâu lưu trữ và phân phối (chưa có nhiều trạm tiếp LPG) nhưng nó vẫn được
xem là một giải pháp thay thế xăng, dầu đầy triển vọng và đang được nghiên cứu một
cách nghiêm túc nhằm đưa vào ứng dụng rộng rãi trong thực tế ở một tương lai gần.
1.2. GIỚI THIỆU VỀ Ô TÔ HYBRID.
1.2.1. Nguyên lý chung của ô tô hybrid.
Các xe chạy bằng động cơ đốt trong truyền thống đã được sản xuất hàng loạt với
chất lượng ngày một nâng cao, hiện đại với sự điều khiển, trợ giúp của các thiết bị điện tử
và đặc biệt có tầm hoạt động độc lập lớn do năng lượng dự trữ trên một đơn vị trọng
lượng riêng của nhiên liệu ( xăng hoặc dầu ) lớn. Tuy vậy nó vẫn còn tồn tại một vài
nhược điểm lớn như hiệu suất sử dụng năng lượng thấp, ô nhiễm môi trường và nguồn
năng lượng truyền thống ngày một cạn kiệt. Trong khi đó xe chạy bằng điện ngoài các
yêu điểm như hiệu suất sử dụng năng lượng cao hơn không gây ô nhiễm môi trường
nhưng lại tồn tại một vài nhược điểm như phạm vi hoạt động bị hạn chế do mức lưu trữ
năng lượng của ắc quy thấp hơn của xăng (dầu) khi tính trên một đơn vị trọng lượng do
đó công suất trên một đơn vị trọng lượng lớn lên rất nhiều khi tăng công suất, phạm vi
hoạt động.
Ô tô Hybrid bằng cách kết hợp hai nguồn động lực đó nên có ưu thế của cả xe chạy
động cơ đốt trong truyền thống và xe chạy điện, đồng thời khắc phục được nhược điểm
của mỗi loại. Sự kết hợp đó được xuất phát từ các đường đặc tính của mỗi nguồn động lực
như sau:
15
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện

trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
Hình 1-15 Đặc tính của tải, và kéo của động cơ điện.
Hình 1-16 Đặc tính của hộp số và động cơ đốt trong.
Từ đường đặc tính hoạt động của xe ta thấy đường đặc tính này khác xa đường đặc
tính hoạt động hiệu quả của động cơ đốt trong, nhưng lại rất gần đường đặc tính lý tưởng
của động cơ điện.Và trên các phương tiện truyền thống để đưa đường đặc tính hoạt động
có hiệu quả của động cơ đốt trong về gần hơn với đương đặc tính hoạt động của xe người
ta phải dùng hộp số (như minh họa ở trên) tuy nhiên việc đó cũng chỉ là tương đối do hộp
số chỉ có một số cấp hữu hạn (thông thường là tối đa 6). Bằng việc kết hợp như trên và
tìm cách điều khiển kết hợp công suất của hai nguồn động lực trên sao cho hiệu suất của
mỗi nguồn là cao nhất có thể, từ đó nâng cao hiệu suất tổng cộng đó chính là nguyên lý
chung của các ô tô Hybrid hiện nay trên thế giới. Sự kết hợp đó có thể là hệ thống động
cơ nhiệt (xăng, động cơ dùng nhiên liệu thay thế(LPG,NLG…), diesel, Hydrogen - pin
16
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ơ tơ Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
nhiên liệu…) – Hệ thống động cơ điện (ắc quy hóa học, ắc quy cơ khí, hoặc kết hợp giữa
chúng – động cơ điện…).
Tuy nhiên một cách tổng qt hơn thì một ơ tơ có hai hoặc nhiều hơn hai nguồn
động lực thì gọi là Hybrid nhưng một hệ thống gồm nhiều hơn hai nguồn động lực thì sẽ
rất phực tạp nên thơng thường hiện nay các kiểu kết hợp thường chỉ gồm hai nguồn động
lực ( chủ yếu là điện – nhiệt). Nhằm lấy lại phần năng lượng khi phanh cái mà bị tiêu tán
thành nhiệt trong các phương tiện truyền thống, một hệ thống truyền động xe Hybrid
thường có một nguồn năng lượng thuận nghịch và một nguồn khơng thuận nghịch như
minh họa ở hình dưới.
Nguồn
năng lượng
(1)
Tải
Nguồn

năng lượng
(2)
bộ chuyển đổi
năng lượng
(1)
bộ chuyển đổi
năng lượng
(2)
Hệ thống truyền lực (1)
(Một chiều)
Hệ thống truyền lực (2)
(Hai chiều)
Luồng công suất tạo lực đẩy
Luồng công suất nạp lại
Hình 1-17 Khái niệm hệ thống truyền lực ơ tơ Hybrid.
Hệ thống truyền lực xe Hybrid cung cấp năng lượng theo u cầu của tải bởi một hệ
thống truyền lực thích hợp. Có nhiều hình thức khả dụng của việc tổ hợp các luồng cơng
suất để đáp ứng đòi hỏi của tải ở các chế độ như sau :
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 tại cùng 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.
17
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
6) Hệ thống truyền lực 2 nhận năng lượng từ hệ thống truyền 1 và tải tại cùng thời
điểm.
7) Hệ thống truyền lực 1 cung cấp năng lượng đến tải và hệ thống truyền lực 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 1cung cấp năng lượng đến tải, và tải cung cấp năng lượng
đến hệ thống truyền lực 2.
1.2.2. Lịch sử và xu thế phát triển của ô tô Hybrid.
Những ngày đầu của nền công nghiệp ô tô các động cơ đốt trong có rất ít ưu điểm so
với động cơ điện, nên mục tiêu cơ bản của sự kết hợp giữa động cơ điện và nhiệt để giảm
mức tiêu hao nhiên liệu là chưa có mà chủ yếu là để giúp đỡ thêm cho động cơ đốt trong
nhằm nâng cao đặc tính vận hành của xe.
Chiếc xe Hybrid đầu tiên được báo cáo và được trưng bày đầu tiên tại một Salon ở
Paris vào năm 1899. Nó được xây dựng bởi Pieper, Belgium và Vendovell và công ty
Priestly Electric Carriage của Pháp. Chiếc Hybrid này được kết hợp theo kiểu song song
với một động cơ xăng cỡ nhỏ làm mát bằng gió và được phụ thêm bởi một hệ động cơ
điện và ắc quy axít. Theo bản báo cáo này thì bình ắc quy được nạp bởi động cơ nhiệt khi
xe xuống dốc hoặc khi xe dừng. Khi công suất dẫn động đòi hỏi lớn hơn công suất của
động cơ nhiệt thì động cơ điện sẽ phụ thêm.
Một chiếc Hybrid khác được giới thiệu tại một Salon ở Prais vào năm 1899 là chiếc
Hybrid nối tiếp đầu tiên được xuất phát từ những chiếc xe chạy điện thuần túy thông
thường được xây dựng bởi các hãng của Pháp là Vendovill and Priestly. Nó là một chiếc
xe 3 bánh với hai bánh sau được dẫn động bởi 2 động cơ điện độc lập. Cộng thêm vào là
một động cơ xăng 3/4hp được kết nối đến một máy phát 1,1 Kw được đặt ở phần cuối xe
để mở rộng phạm vi hoạt động của nó bằng cách nạp điện trở lại cho ắc quy. Trong
trường hợp ở Pháp các xe Hybrid được thiết kế để mở rộng phạm vi hoạt động của các xe
chạy điện và cung cấp năng lượng bổ sung cho các động cơ đốt trong yếu.
French man Camille Jenatzy đã trình diễn một chiếc Hybrid song song tại Salon ở
Paris vào năm 1903. chiếc xe này kết hợp một động cơ xăng 6hp với một động cơ điện
14hp cái có thể vừa nạp điện cho ắc quy từ động cơ nhiệt hoặc có thể là một động cơ phụ
giúp sau đó. Một người khác là H. Krieger đã xây dựng một bản báo cáo thứ hai về chiếc
Hybrid nối tiếp vào năm 1902. thiết kế của ông sử dụng 2 động cơ điện một chiều độc lập

18
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
dẫn động các bánh trước. chúng được cung cấp năng lượng từ 44 bộ ắc quy chì axít được
nạp điện bởi một động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng nhiên liệu là cồn kết nối đến trục của
một máy phát một chiều.
Tất cả các xe Hybrid cả loại nối tiếp và song song được xây dựng trong suốt giai
đoạn từ 1899 đến 1914. Mặc dù phanh điện đã được sử dụng trong những thiết kế đầu tiên
này nhưng chưa đề cập đến phanh tái sinh, phương pháp thích hợp là dùng một mạch điện
ngắn hoặc đặt một điện trở trong phần ứng của các động cơ điện. điển hình như xe của
Lohner – Porchs vào năm 1903.
Các xe Hybrid đầu tiên được thiết kế nhằm mục đích phụ giúp những động cơ đốt
trong còn yếu lúc bấy giờ. Chúng được chế tạo với những công nghệ điện cơ bản, đã có
những sáng tạo lớn trong những thiết kế đó, nhưng những chiếc xe Hybrid đầu tiên này đã
không thể canh tranh với những động cơ xăng được cải tiến một cách mạnh mẽ và nó
được sử dụng nhiều sau chiến tranh thế giới thứ nhất. Động cơ đốt trong chế tạo với sự
cải tiến kinh khủng trong giới hạn của công suất riêng, động cơ trở nên nhỏ hơn, hiệu quả
hơn và nó không cần sự trợ giúp của động cơ điện. Thêm vào đó là giá của một động cơ
điện kết hợp với sự độc hại của ắc quy axit là những nhân tố quan trọng trong sự biến mất
của những chiếc xe Hybrid trên thị trường sau chiến tranh thế giới thứ nhất.
Tuy nhiên vấn đề lớn nhất trong những thiết kế đầu tiên này là việc đương đầu với
những khó khăn trong điều khiển động cơ điện. Nguồn năng lượng điện không phù hợp
cho đến giữa những năm 1960 và những động cơ điện này được điều khiển bằng các công
tắc cơ khí và biến trở. Chúng có một giới hạn hoạt động xác định cái mà không tương
thích với hiệu suất hoạt động. Vào năm 1975 Dr, Victor Wouk cùng với các đồng nghiệp
đã xây dựng một phiên bản Hybrid song song. Động cơ là động cơ roto Mazda kết hợp
với hộp số sàn. Nó được phụ giúp bởi một động cơ điện một chiều 15hp riêng đặt ở phía
trước của hộp số. Tám bình ắc quy ô tô được dùng để lưu trữ năng lượng. Tốc độ tối đa
80mph (129Km/h) đã đạt được với gia tốc từ 0 đến 60mph trong vong 16 giây.
Thiết kế Hybrid nối tiếp đã được sống lại bởi Dr. Ernest H. Wakefield vào năm

1967, một động cơ nhỏ và máy phát xoay chiều với công suất ra 3Kw được dùng để nạp
cho ắc quy. Tuy nhiên thí nghiệm này đã nhanh chóng bị ngừng bởi vì những vấn đề công
nghệ. Một cách tiếp cận khác trong suốt những năm 1970 và đầu 1980 là mở rộng phạm
vi hoạt động tương tự như quan niệm của French Vendolli và Priestly trong những thiết
kế năm 1899. Việc mở rộng phạm vi hoạt động thì được quan tam để cải thiện tầm hoạt
động của các xe điện những cái chưa bao giờ có ảnh hưởng trên thị trường. Các mẫu
19
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
Hybrid khác được xây dựng bởi Electric Auto Coropration vào năm 1982 và bởi Briggs
&Stratton vào năm 1980 cả hai đều là những xe Hybrid song song.
Bất chấp cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 và 1977 cũng như sự ảnh hưởng ngày
một lớn của các vấn đề liên quan đến môi trường không có xe Hybrid nào được sản xuất
mang tính thương mại hóa. Tâm điểm của các nhà nghiên cứu bị thu hút bởi các phương
tiện chạy điện. Sự thiếu quan tâm đến các xe Hybrid trong suốt giai đoạn này có thể được
cho là thiếu các nguồn năng lượng điện có tính thực tế, các động cơ điện hiện đại và công
nghệ ắc quy. Năm 1980 chứng kiến sự giảm kích cỡ các phương tiện truyền thống dùng
động cơ đốt trong, sự giới thiệu của các bộ xúc tác (Catalytic converters) và sự tổng quát
hóa việc phun nhiên liệu đã cải thiện một bước quan trọng động cơ đốt trong về phương
diện hiệu suất và ô nhiễm môi trường.
Khái niệm ô tô Hybrid được quan tâm nhất trong suốt nhưng năm 1990 khi nó trở
nên sạch và hiệu quả hơn cái mà các phương tiện chạy điện không bao giờ đặt được mục
tiêu tiết kiệm năng lượng và phạm vi hoạt động. Tập đoàn ô tô Ford đã khởi động Ford
Hybrid Electric Challenge nó tập trung nỗ lực của các trường đại học để phát triển phiên
bản Hybrid cho sẩn phẩm ô tô.
Nhiều hãng sẩn xuất ô tô trên thế giới đã xây dựng các mẫu đạt được sự cải thiện
kinh khủng tính kinh tế nhiên liệu của những động cơ đốt trong qua từng phiên bản. Ở Mỹ
Dodge đã xây dựng Intrepid ESX 1, 2 và 3. ESX 1 là một xe Hybrid nối tiếp được cung
cấp năng lượng bởi động cơ Diesel 3 xy lanh tăng áp kiểu máy nén ly tâm và một bộ ắc
quy. Hai động cơ điện 100hp được đặt ở các bánh sau. Chính phủ Mỹ đã khởi động hội

những phương tiện thế hệ mới (Partnership New Generation of Vehicle ) gọi tắt là PNGV,
cái mà bao gồm mục tiêu một chiếc sedan cỡ trung có thể đạt được tốc độ 80mph. Chiếc
Ford Progidy và GM Precept là kết quả từ nỗ lực này. Chiếc xe Progidy và Precept là
những chiếc Hybrid song song được cung cấp năng lượng bởi một động cơ diesel tăng áp
nhỏ được nối với hộp số sàn thông qua ly hợp m988a sát khô. Cả hai đều đạt được mục
tiêu nhưng sản phẩm thì không theo đuổi.
Nỗ lực của Châu Âu được thể hiện bởi French Renault Next một ô tô nhỏ sử dụng
một động cơ đánh lửa cưỡng bức 750cc và hai động cơ điện. Mẫu thử này đã đạt được
29,4Km/l (70mph) với đặc tính tốc độ lớn nhất, gia tốc có thể cạnh tranh với các phương
tiện truyền thống . Volkswagen cũng xây dựng một mẫu thử nghiệm là Chio. Cơ bản là
một chiếc xe điện nhỏ, với bộ ắc quy nickel - hydrua kim loại và một động cơ điện ba
20
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
pha. Một động cơ xăng nhỏ hai xylanh được dùng để nạp điện cho ắc quy và cung cấp
năng lượng bổ sung cho tốc độ cao.
Nỗ lực đáng kể nhất trong phát triển và thương mại hóa xe Hybrid được thực hiện
bởi các hãng sản xuất ô tô của Nhật Bản. Năm 1997 Toyota đã giới thiệu mẫu sedan Prius
ở Nhật. Honda cũng đã giới thiệu mẫu Hybrid của mình là Isnight và Civic. Những chiếc
xe này bây giờ đã có mặt khắp nơi trên thế giới. Chúng đã đạt được hệ số mức tiêu hao
nhiên liệu một cách tuyệt vời. Toyota Prius và Honda Insight được xem là những chiếc xe
Hybrid có giá trị lịch sử vì rằng chúng là những chiếc Hybrid đầu tiên được thương mại
hóa rộng rãi trên thế giới trong kỷ nguyên hiện đại để trả lời cho vấn đề mức tiêu hao
nhiên liệu cho các phương tiện cá nhân.
Toyota cũng tiến một bước dài khi cho ra đời mẫu Hybrid với động cơ nhiệt sử dụng
pin nhiên liệu đưa ô tô Hybrid tiến đến gần ô tô sinh thái hơn khi ô tô chạy pin nhiên liệu
còn vài nhược điểm chưa khắc phục được. Và chuyển bị cho ra thế hệ thứ hai và chuyển
bị cho việc thương mại hóa chúng rộng rãi trên phạm vi toàn thế giới.
Hình 1-20 Ô tô Hybrid dùng pin nhiên liệu FCHV của Toyota.
Và ngày nay các vấn đề về ô nhiễm môi trường cạn kiệt tài nguyên đang trở thành

vấn đề cấp bách của toàn thế giới cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt
là công nghệ điện tử, công nghệ ắc quy, các động cơ điện hiện đại với nhiều ưu điểm đã
giải quyết các vấn đề tồn tại của ô tô Hybrid trước đây và góp phần thúc đẩy nó phat triển
mạnh mẽ và trở thành xu thế phát triển của các hãng ô tô lớn trên thế giới. Vì vậy ngày
nay ngoài Toyota, Honda thì các hãng lớn khác như Mecrdes, BMW, Volkswagen, …
cũng đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất và thương mại hóa ô tô Hybrid đưa nó trở thành chìa
khóa tiến vào kỹ nguyên của ô tô sinh thái và là xu thế chủ đạo của nền công nghiệp ô tô
trong thế kỷ 21. Và trong xu thế này theo dự báo đến năm 2012 các phương tiện vận tải
21
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
dùng động cơ “Hybrid” hay động cơ Diesel “ sạch ” sẽ có thị phần tăng gấp đôi ở Mỹ do
giá xăng dầu ngày càng leo thang, các nhà nghiên cứu dự đoán các xe hơi sử dụng động
cơ thân thiện với môi trường này trong năm đó sẽ chiếm 11% trên tổng số xe so với tỷ
trọng 4,8% vào năm 2005. Các nhà nghiên cứu của RLPolk&Co cho biết ở Mỹ loại xe
Hybrid mới đăng ký trong năm 2004 đạt 83.000 chiếc tăng 81% và lên tục tăng qua các
năm đã khẳng định xu thế phát triển mạnh mẽ của ô tô Hybrid trong mục tiêu tiến tới ô tô
sinh thái của nhân loại.
2. GIỚI THIỆU VỀ Ô TÔ HYBRID TOYOTA PRIUS 2001 – 2003.
Toyota là hãng xe luôn đi đầu trong việc đầu tư phát triển các công nghệ mới cho ô
tô. Trong nhiều thập niên hãng đã cho ra đời hàng loạt các mẫu xe sử dụng động cơ, bao
gồm: động cơ xăng hỗn hợp nghèo khí cháy, động cơ xăng phun nhiên liệu trực tiếp và
động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp dùng trên cả xe hơi và xe lửa.
Năng lượng sạch để bảo vệ môi trường là xu thế phát triển chung của thế giới. Mục
tiêu sản xuất ra các loại xe thân thiện với môi trường, không tốn nhiên liệu được Toyota
đề cao như một trách nhiệm và mục tiêu phát triển. Hãng đã liên tục nghiên cứu và cho ra
đời nhiều động cơ được thay đổi để có thể sử dụng các nhiên liệu thay thế như động cơ
chạy bằng khí nén tự nhiên (CNG) hoặc động cơ điện. Vào năm 2002, Toyota đã lần đầu
tiên giới thiệu ra thị trường dòng xe sử dụng động cơ chạy bằng nhiên liệu Hybrid Toyota
FCHV. Tiếp theo đó các mẫu xe hybrid như Toyota Prius, Futuristic Toyota Hybrid X,

2007 Toyota Camry Hybrid, Toyota FT-HS, v.v…lần lượt ra đời đã khẳng định tên tuổi
của hãng trên thị trường dòng xe hybrid.
Trong tiếng Anh, chữ “hybrid” có nghĩa là tổ hợp. Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng
động cơ tổ hợp. Động cơ hybrid là loại động cơ kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng
lượng thông thường với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc quy đặc biệt. Nhờ
vậy mà động cơ này có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện
đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết.
Prius là một từ trong tiếng La tinh có ý nghĩa là phải đi trước." Toyota chọn tên này
bởi vì xe Prius là chiếc xe đã đi trước của xe ô tô thế hệ mới. Tốc độ tăng trưởng dân số
và phát triển kinh tế trong những thập niên gần đây, song song với nó là sự gia tăng mức
độ sử dụng tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trên quy mô toàn cầu. Giáp mặt với những thách
thức để tạo ra một chiếc xe thân thiện với trái đất, Toyota đã sản xuất chiếc xe Hybrid
đầu tiên trên thế giới
22
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
Hybrid là làn sóng của tương lai, và hiện nay có nhiều hơn một trong những ưu đãi
khuyến khích để mua nó. Những chủ nhân của Prius, hay bất cứ mọi Hybrid gas và xe
điện, có thể hội đủ điều kiện của liên bang thuế thu nhập khấu trừ. Theo công tác dịch vụ
thuế thu nhập trong nước, những xe hybrid có đủ tiêu chuẩn trong một thời gian lâu dài
được giảm thuế mà ứng dụng vào những xe cháy nạp nhiên liệu sạch. Chính sách cho
phép một thời gian khấu trừ, có thể được yêu cầu của người tiêu dùng trong năm cho xe
hơi lần đầu tiên được đưa vào sử dụng.
Trong những hình thức đơn giản nhất, một hệ thống Hybrid kết hợp sự vận dụng tốt
nhất những đặc trưng của một động cơ đốt trong và một động cơ điện. Những hệ thống
hybrid phức tạp hơn, chẳng hạn những hệ thống Hybrid Toyota khôi phục năng lượng
khác bị mất do tạo thành nhiệt trong quá trình phanh và sử dụng nó để bổ sung thêm năng
lượng của của động cơ đốt nhiên liệu. Những tinh vi kỹ thuật cho phép hệ thống Hybrid
Toyota tiết kiệm được nhiên liệu hiệu quả và giảm được một lượng lớn khí thải CO2.
Khi Prius lần đầu tiên được phát hành, nó được lựa chọn là một chiếc xe thiết kế mới

nhất của thế giới trong năm 2001. Xe được lựa chọn vì nó là xe Hybrid đầu tiên bốn chỗ
ngồi mà đến năm người cộng thêm hành lý của họ, và nó là một trong những xe kinh tế
và thân thiện với môi trường nhất mà xe sẵn có. Rồi vào năm 2004, thế hệ thứ hai Prius
đã đạt giải thưởng uy tín Ô tô Khuynh Hướng của năm và giải thưởng chiếc xe thiết kế
hay nhất năm 2004.
Các hệ thống truyền lực của Toyota Hybrid (THS) trong bản gốc Prius và hệ thống
truyền lực Toyota Hybrid II (THS – II) trong lần thứ hai của Prius, cả hai thế hệ cung cấp
ấn tượng cho cục bảo vệ môi trường EPA (Environment Protection Agency) số chỉ tiêu
kinh tế nhiên liệu và vô cùng làm sạch những chất thải.
2.1. ĐỘNG CƠ 1NZ – FXE.
Động cơ 1 NZ_ FXE là một trong hai nguồn năng lượng được sử dụng cho Prius.
Động cơ 1 NZ_ FXE là gồm 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xy lanh là 1,5 lít với hệ
thông điều khiển van nạp biến thiên thông minh VVT_ i (Variable Valve Timing with
intelligence) và hệ thống điều chỉnh tiết lưu điện thông minh ETCS_ i (Electric Throttle
Control system with intelligence).
Động cơ 1 NZ_ FXE bao gồm một số sửa đổi, bổ sung mà giúp cân bằng hiệu quả
hoạt động, tính kính tế về nhiên liệu và những sự phát xạ sạch trong ô tô hybrid.
Một trong những khía cạnh độc đáo của 1 NZ_ FXE ở chu trình Atkinson là sự biến
thiên của van nạp, mà cho phép động cơ giảm bớt sự phát xạ bằng việc thay đổi mối quan
23
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
hệ giữa hành trình nén và hành trình giãn nở.
Một tính năng kết hợp trên ’04 & later Prius mô hình đặc biệt là hệ thống sẽ giữ
được nhiệt độ của nước làm mát trong một bồn giữ nhiệt, khôi phục lại nhiệt độ của nước
và giữ được nhiệt độ của nó tới trên ba ngày. Sau đó, một máy bơm điện sẵn lưu thông
nhiệt độ nước làm mát thông qua động cơ để giảm bớt sự bốc hơi xăng HC thường liên
quan đến khởi động lạnh.
Hình 2-1 Động cơ 1NZ-FXE.
Bảng 2-1 Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE.

Mô hình. 04Prius 03Prius
Loại động cơ. 1NZ - FXE
∼
Số xy lanh. 4 xy lanh, thẳng hàng
∼
Cơ chế Van. 16 van DOHC (bố trí
hai trục cam phía trên xy
lanh).
Truyền động xích (với
VVT-i)
∼
24
Khảo sát sự phối hợp làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong – máy phát – động cơ điện
trên ô tô Hybrid Toyota Prius 2001 – 2003.
Buồng cháy. Kiểu vát nghiêng.
∼
Ống góp. Ống góp hút và thải đối
xứng.
∼
Hệ thống nhiên liệu. Hệ thống bơm xăng đa
cổng khép kín SFI
(sequential Multiport fuel
injection system)
∼
Dung tích xy lanh. Cm
3
1497 cm
3
∼
Hành trình Piston x

Đường kính xy lanh mm
(in)
75,0 x 84,7 (2.95 x
3.33)
∼
Tỷ số nén. 13,0:1
∼
Công suất cực đại.
57 Kw @ 5000 vg/ph 52 Kw @ 4500 vg/ph
Momen xoắn cực đại 111 (N.m) @ 4200 vg/ph
∼
Van
biến
thiên.
Van
nạp
Mở
18
0
∼ - 15
0
BTDC 18
0
∼ - 25
0
BTDC
Đón
g
72
0

∼ 105
0
ABDC 72
0
∼115
0
ABDC
Van
thải
Mở 34
0


BTDC
∼
Đón
g
2
0
ATDC
∼
Thứ tự đánh lửa. 1 – 3 – 4 – 2.
∼
Chỉ số octan ( RON). 91 hoặc cao hơn.
∼
Chỉ số octan (MON). 87 hoặc cao hơn.
∼
Khối lượng động cơ 86,1 kg 86,6
Chất lượng dầu API SJ, SL, EC or
ILSAC

APISH, SJ, EC hoặc
ILSAC
Sự điều chỉnh khói ống
xả.
SULEV
∼
Sự điều chỉnh phát xạ
làm bay hơi.
AT-PZEV, ORVR. LEV – II , ORVR
2.1.1. VVT-i và chu trình Atkinson.
VVT_ i cho phép động cơ kiểm soát hệ thống, để điều chỉnh độc lập van nạp biến
thiên.1 NZ_ FXE sử dụng khả năng di chuyển giữa van biến thiên theo cách truyền thống
và van biến thiên ở chu trình Atkinson, sự thay đổi thuyên chuyển có hiệu quả cho động
25