Tìm hiểu, phân tích cơ sở lý thuyết xe có trang bị động cơ hybrid

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Hưng Yên, ngày……tháng……năm 2010
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2
(Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên)

1
NHÂN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Hưng Yên, ngày……tháng……năm 2010
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
(Ký, ghi rõ họ tên)


2

MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1
NHÂN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2
MỤC LỤC 3
LỜI NÓI ĐẦU 5
PHẦN I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6
1.1 Lịch sử xe Hybrid 6
1.1.1 Ô tô Hybrid là gì? 6
1.1.2 Lịch sử xe hybrid 6
1.2 Tình hình nghiên cứu động cơ Hybrid trên thế giới 8
1.3 Tình hình nghiên cứu động cơ Hybrid ở Việt Nam 9
1.4 Phương pháp, nội dung, tính cấp thiết của đề tài 9
1.4.1 Phương pháp nghiên cứu 9
1.4.2 Nội dung của đề tài 10
1.4.3 Tính cấp thiết của đề tài 10
11
PHẦN II: CẤU TẠO CHUNG XE HYBRID 12
2.1. Phân loại các kiểu Hybrid trên các hãng xe 12
2.1.1 Hệ thống nối tiếp (series hybrid system) 12
2.1.2 Hệ thống song song (hybrid parallel system) 13
2.1.3 Hệ thống kết hợp (series/parallel hybrid system) 14
2.2. Phân tích cấu tạo chung của xe Hybrid dưới dạng sơ đồ khối 16
2.2.1 Nguyên lý hoạt động của ôtô hybrid 16
2.2.2 Các quá trình làm việc của xe Hybrid 17
2.3. Các bộ phận chính của xe hybrid: 20
2.3.1 Động cơ: 20
2.3.2 Mô tơ 1 (MG1): 20
2.3.3 Mô tơ 2: 21
2.3.4 Bộ bánh răng hành tinh: 22

3
2.3.5 Bộ chuyển đổi (converter) 25
2.3.6 Ắcquy: 25
3.1.2. Thông số kỹ thuật 29
3.2. Các bộ phận chính của xe Hybrid Prius gồm: 31
3.2.1. Động cơ: 31
3.2.2. MG1 và MG2 37
3.2.3. Bộ bánh răng hành tinh: 40
3.2.4. Bộ chuyển đổi (converter) 41
3.2.6 Hộp số 49
3.2.7 Hệ thống phanh 68
b. Quá trình điều khiển của ASR 75
c. Các phương án bố trí hệ thống điều khiển của ASR 76
d. Bộ chấp hành phanh ASR 78
PHẦN IV: PHÂN TÍCH VÀ LÀM RÕ TÍNH ƯU VIỆT CỦA XE CÓ TRANG BỊ ĐỘNG CƠ HYBRID 83
4.1 Ưu và nhược điểm của ôtô Hybrid 83
4.2 Lượng khí thải và tiêu hao nhiên liệu của xe Hybrid 84
PHẦN V: ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88
5.1 Đánh giá 88
5.2 Kết Luận 88
5.3 Kiến nghị 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

4
LỜI NÓI ĐẦU
Trong giai đoạn hiện nay ngành ôtô có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế
quốc dân, ôtô được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế như: vận tải, xây dựng, du lịch
… Cùng với sự phát triển vượt bậc của mình ngành công nghệ ôtô ngày càng khẳng
định vai trò quan trọng không thể thiếu trong sự phát triển của một quốc gia.
Nhờ sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và công nghệ, ngành ôtô đã

không ngừng tự làm mới mình để đáp ứng được những yêu cầu bức thiết trong vấn đề
sử dụng. Ngành ôtô đã có những bước tiến bộ vượt bậc về thành tựu kỹ thuật mới như:
Điều khiển điện tử và kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp tính toán hiện đại…
đều được áp dụng trên ôtô. Khả năng cải tiến, hoàn thiện và nâng cao để đáp ứng mục
tiêu chủ yếu về tăng năng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính kinh tế, giảm cường
độ cho người lái, tính tiện nghi sử dụng cho khách hàng, giảm tối ưu lượng nhiên liệu
và giảm lượng khí thải độc hại.
Việc giảm tối ưu lượng nhiên liệu và khí thải gây ô nhiễm mà công suất của động
cơ vẫn đảm bảo đang là vấn đề bức thiết và là nhu cầu hàng đầu trong mục đích sử
dụng của khách hàng. Công nghệ xe lai Hybrid đã ra đời và đáp ứng được mục đích sử
dụng đó. Xe Hybrid đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng dãi trong ngành ôtô.
Sau hơn 4 năm học tập và rèn luyện tại trường em đã được khoa tin tưởng giao
cho đề tài “Tìm hiểu, phân tích cơ sở lý thuyết xe có trang bị động cơ Hybrid”.
Đây là một đề tài còn mới mẻ và có nhiều khó khăn. Với sự cố gắng của bản thân và
dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Đồng Minh Tuấn và thầy Khổng Văn Nguyên
cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực, em đã hoàn thành
đề tài với nội dung đáp ứng được yêu cầu đề ra. Tuy nhiên trong quá trình làm, với khả
năng và trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy em rất mong
sự góp ý của các thầy cô trong khoa và các bạn quan tâm tới đề tài này để đề tài được
hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa, đặc biệt là các thầy giáo
Đồng Minh Tuấn và thầy Khổng văn Nguyên đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em
hoàn thành đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn!


5
PHẦN I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Lịch sử xe Hybrid
1.1.1 Ô tô Hybrid là gì?

Hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid (Hybrid Electric Vehicle-HEVs) là dòng ôtô
sử dụng động cơ tổ hợp. Theo Bách Khoa Toàn Thư mở Wikipedia thì Hybrid
Vehicle, tạm dịch là Phương Tiện Giao Thông Ghép, là một phương tiện giao
thông mà được động lực bằng hai nguồn năng lượng trở lên. Ví dụ như sự kết hợp
giữa:
Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được (Rechargeable Energy Storage
System hay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạp lại được) và Nguồn Năng Lượng
Nhiên Liệu (xăng, dầu diesel v.v )
Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một
động cơ điện dùng năng lượng ắc quy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào
thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành
đồng bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về sau.
Trong thực tế hiện nay, thuật ngữ này (Hybrid Vehicle) thường dùng để nói
đến Phương Tiện Giao Thông Ghép kết hợp năng lượng từ điện và xăng (Petroleum
Electric Hybrid Vehicle) hay viết tắt trong tiếng anh là PEHV, và cũng có thể được
viết tắt là HEV (Hybrid Electric Vehicle). Theo ngôn ngữ phổ thông tiếng Việt
thường dùng ta có thể gọi là “Xe điện xăng”, hay tiếng Anh là Hybrid Car.
1.1.2 Lịch sử xe hybrid
Hơn một thế kỷ trước một người tên Piper đã đề nghị cấp bằng sáng chế về một
dạng động cơ kết hợp giữa xăng và điện như các hệ thống hybrid ngày nay. Mục đích
của Piper lúc đó là làm sao giúp chiếc xe tăng tốc lên 40 km/h trong khoảng chưa đến
10 giây, vào thời buổi mà tốc độ xe ôtô trung bình phải mất hơn nửa phút để đạt tới
con số trên. Ý tưởng hết sức độc đáo nhưng Piper đã không gặp thời. Sự bùng nổ xe
gắn máy hai bánh vào đầu thế kỷ trước đã khiến sáng chế của Piper rơi vào quên lãng.
Giá nhiên liệu rẻ mạt, không có bất cứ quy định nào về khí thải khiến cho người sử
dụng ôtô và xe máy đều không quan tâm tới các hệ thống động cơ lạ lẫm.
Tại Pháp, công ty Ôtô điện Paris đã chế tạo một loạt xe điện và Hybrid trong
những năm cuối thế kỷ 19 và đầu 20. Các nhà sản xuất xe Pháp thực sự là những
người đi tiên phong trong ngành công nghiệp xe hơi. Đất nước hình lục lăng này từng
là nơi chế tạo ôtô lớn nhất thế giới cho tới khi bị nước Mỹ chiếm mất vị trí. Tiếc là lúc

đó, những hãng xe lớn nhất nước Pháp lại hoàn toàn vắng bóng ở thị trường Bắc Mỹ.

6
Một trong số những xe hybrid của công ty Ôtô điện Paris, mang tên Kreiger, là xe dẫn
động bánh trước và có tay lái trợ lực. Khi đó mới chỉ là năm 1903.
Trong buổi bình minh của ngành công nghiệp ôtô, một công ty tại Áo mang tên
Lohner đã chế tạo một mẫu xe, trong đó động cơ điện được gắn gần bánh xe và truyền
lực thẳng tới các bánh. Một người nổi tiếng về sau này trong ngành công nghiệp xe
hơi, Ferdinand Porsche, lúc đó có mặt trong số các công nhân tham gia hoàn thiện mẫu
xe này. Chính ông là người sẽ thực hiện những kỳ công với xe Volkswagen Beetle và
lập ra hiệu xe thể thao nổi tiếng mang tên mình, Porsche. Sự tham gia của Porsche
chắc chắn là rất đáng kể bởi vì những chiếc xe này được gọi là Lohner-Porsche. Mẫu
xe rất gần với xe hybrid ngày nay do động cơ xăng được sử dụng để cung cấp năng
lượng cho động cơ điện. Vì thế, các nhà nghiên cứu đã coi về cơ bản đây là một chiếc
xe hybrid.
Hình 1.1.1: Một chiếc Lohner-Porsche trong bảo tàng.
Trong giai đoạn nửa đầu của thế kỷ trước, còn có nhiều tên tuổi khác tham gia
chế tạo xe hybrid như General Electric và Woods Motor Vehicle (đều của Mỹ),
Siemens-Schukert (Đức). Woods đã giới thiệu mẫu xe Dual Power vào năm 1917, kết
hợp động cơ điện và xăng để đạt vận tốc 56 km/h. Nếu chỉ sử dụng động cơ điện chiếc
xe cũng có tốc độ chừng 32 km/h. Thậm chí, một công ty tên Walker tại Chicago còn
cho ra lò cả xe tải hybrid vào đầu những năm 1940.
Galt Motor là công ty đầu tiên của Canada trong lĩnh vực này. Năm 1914, công
ty xuất xưởng chiếc Galt sử dụng động cơ xăng 2 thì có 2 xi-lanh, công suất 10 mã lực
và một máy phát điện 40V, 90A. Theo công ty, người lái chạy được liên tục 112 km
mà chỉ tiêu tốn hơn 3,5 lít nhiên liệu và có thể thêm khoảng 30 km nữa với bình điện.
Nhưng tốc độ tối đa 48 km/h của xe không gây ấn tượng với khách hàng, những người
vào thời điểm đó đã chọn kiểu xe động cơ thông thường để có hiệu năng cao hơn.

7

Cần phải nói thêm rằng hệ thống hybrid còn được ứng dụng nhiều năm cả trong
ngành xe lửa và tại các công trường xây dựng. GM từng có những chiếc máy xúc cỡ
lớn với một động cơ diesel sản sinh năng lượng cho từng động cơ điện tại mỗi bánh.
Mẫu xe Hatchback Toyota Prius đời 2005 có động cơ xăng 78 mã lực và động
cơ điện 67 mã lực. Hai động cơ này kết hợp trong hệ thống mà Toyota gọi là "Hybrid
Synergy Drive". Hệ thống cho phép xe sử dụng động cơ điện, động cơ xăng hay cả hai
tùy thời điểm, biến Prius thành một chiếc hybrid thật sự.
Xe Hybrid có một lịch sử lâu đời hơn phần lớn chúng ta biết và có thể những
người đi tiên phong sẽ rất ngạc nhiên nếu họ biết rằng đầu thế kỷ 21 công nghệ mà họ
từng ứng dụng này lại nhận được sự chấp thuận rộng rãi.
1.2 Tình hình nghiên cứu động cơ Hybrid trên thế giới
Trên thế giới việc nghiên cứu động cơ Hybrid đã diễn ra từ rất lâu cùng với sự
xuất hiện và phát triển của các dòng xe Hybrid. Việc nghiên cứu thực sự đạt được
nhiều thành quả với những nghiên cứu mới đây của các nhà nghiên cứu khoa học trên
thế giới. Các công trình này đã đưa ra những kiến thức tổng quan và chi tiết nhất về
dòng xe Hybrid với những tiện ích và ưu việt của chúng.
Các đề tài tiêu biểu như:
*Đề tài: “TOYOTA Hybrid System”
Tác giả: Toyota Motor, Phòng Công Vụ, 4-8 Koraku 1-chome, Bunkyo-ku, Tokyo,
112-8701 Nhật Bản. Tháng 05 năm 2003.
Thành tựu: Đề tài là một tài liệu cụ thể và chi tiết về các hệ thống, bộ phận của xe
Hybrid của hãng Toyota. Trong đề tài có đầy đủ các hệ thống trên một xe lai Hybrid
Xăng- điện của hãng. Các tác giả đã đưa ra cấu tạo chi tiết, cách tháo lắp và kiểm tra
các bộ phận của xe.
Hạn chế: Đề tài chưa đưa ra kiến thức tổng quát về xe, các ưu thế của xe Hybrid
mà chủ yếu đi vào nghiên cứu sâu đặc tính, các thông số kỹ thuật của các bộ phận trên
xe.
*Đề tài: Xác nhận hiệu quả động lực của hệ thống Hybrid điện khí nén
“Validation of Dynamic Model of Hybrid Pneumatic Power System”
Tác giả: K.David Huang, Hoai Nam- Nguyen National Taipei University of

Technology; Khong Vu Quang -Da-Yeh University; Năm 2002
Thành tựu: Đề tài đã nghiên cứu các ưu thế mà xe Hybrid mang lại đó là: Tiết
kiệm năng lượng, giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường.
Hạn chế của đề tài là chưa đưa ra được kiến thức tổng quan về một động cơ lai
Hybrid, cấu tạo các bộ phân chính của xe, các ưu việt khác của dòng động cơ Hybrid.

8
*Đề tài Công nghệ Hybrid
Các quyền lợi khi chuyển sang sử dụng xe Hybrid
“Hybrid technology the benfits of switchinh to a Hybrid vehicle”
Tác giả: Justin Dittmar, Jenna Santucci, Andy Dobrowski, Nazareth College of
Rochester; November 19, 2004
Thành tựu: Đề tài đã nghiên cứu chủ yếu về lịch sử của xe, so sánh với một số
loại xe có sẵn, sửa chữa và bảo dưỡng, nêu lên lợi ích khi sử dụng xe Hybrid.
Hạn chế của đề tài là không hệ thống hóa các loại xe Hybrid, cấu tạo và sự hoạt
động của chúng.
1.3 Tình hình nghiên cứu động cơ Hybrid ở Việt Nam
Đối với nước ta thì xe Hybrid vẫn còn là một loại xe mới, chưa có nhiều người
biết đến và sử dụng nó. Vì vậy mà ở Việt Nam có rất ít đề tài nghiên cứu về dòng xe
hiện đại này. Với đề tài này em mong muốn đóng góp một phần nhỏ bé vào việc tăng
cường hiểu biết của sinh viên nói riêng và của người dân Việt Nam nói chung về một
công nghệ tiên tiến như xe Hybrid.
Một số đề tài nghiên cứu về Xe Hybrid ở Việt Nam:
*Đề tài “Phân tích hệ thống truyền lực và điều khiển trên xe Hybrid Prius Toyota ”
Đồ án tốt nghiệp –Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm 2008
Thành tựu: Đề tài đã đi phân tích hệ thống truyền lực của xe như hộp số, giảm
chấn, cụm chuyển đổi điện…Với hệ thống điều khiển, nhóm sinh viên thực hiên đã
nêu ra cách bố chí và các bộ phận của hệ thống phanh, hệ thống lái, hệ thống treo, hệ
thống tăng cường ổn định xe Hybrid Prius Toyota.
Hạn chế đề tài chưa nêu hết được các hệ thống trên xe Hybrid Prius Toyota,

việc nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở một loại xe chưa mang tính tổng quát.
Nghiên cứu hệ thống động cơ lai trên cơ sở hệ thống thử nghiệm tương đương,
thực hiện năm 2006.
Mô phỏng động cơ Hybrid trên xe điện loại nhỏ, thực hiện năm 2008…
Nói chung các đề tài về xe có trang bị động cơ lai Hybrid tại Việt Nam con rất
ít và tồn tại nhiều hạn chế.
1.4 Phương pháp, nội dung, tính cấp thiết của đề tài
1.4.1 Phương pháp nghiên cứu
Vì điều kiện thời gian có hạn, cơ sở vật chất thiếu thốn vì vậy đề tài không thể
thực hiện được các phương pháp khác.
Phương pháp nghiên cứu là: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.

9
1.4.2 Nội dung của đề tài
Với mong muốn đưa ra một tài liệu tham khảo mang tính tổng quan về động cơ
Hybrid vì vậy nội dung đề tài nghiên cứu các phần sau:
Phần I: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu.
1.1. Lịch sử xe Hybrid.
1.2 Tình hình nghiên cứu xe Hybrid trên Việt Nam.
1.3. Tình hình nghiên cứu xe Hybrid ở thế giới.
1.4. Phương pháp, nội dung, tính cấp thiết của đề tài.
Phần II: Cấu tạo chung xe Hybrid.
2.1. Phân loại các kiểu Hybrid trên các hãng xe
2.2. Phân tích cấu tạo chung động cơ Hybrid dưới dạng sơ đồ khối.
2.3. Các bộ phận chính của xe Hybrid.
Phần III: Phân tích, tìm hiểu một loại xe Hybrid cụ thể (Toyota Prius).
3.1 Kích thước và thông số kỹ thuật của xe.
3.2Các bộ phận chính của xe.
Phần IV: Phân tích và làm rõ tính ưu việt của xe có trang bị động cơ Hybrid.
4.1 Ưu và nhược điểm của xe Hybrid.

4.2 Lượng khí thải và tiêu hao nhiên liệu của xe Hybrid.
Phần IV: Đánh giá, kết luận và kiến nghị.
5.1 Đánh giá.
5.2 Kết luận.
5.3 Kiến nghị.
1.4.3 Tính cấp thiết của đề tài
Trong vài năm gần đây cùng với sự xuất hiện và không ngừng gia tăng của các
dòng xe Hybrid trên thị trường thế giới và Việt Nam, việc nghiên cứu, tìm hiểu, tăng
cường hiểu biết về dòng xe Hybrid được đặt ra đối với người dân Việt Nam và đặc biệt
là những người trong ngành ôtô.
Chính vì vậy đã có một số đề tài nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp về động cơ
Hybrid của các kỹ sư, giảng viên và các sinh viên. Tuy nhiên số lượng đó còn rất ít
chưa đáp ứng được nhu cầu của xã hội. Để nâng cao sự hiểu biết của mọi người về một
cộng nghệ sạch, tiên tiến mà trên thế giới đang diễn ra rất mạnh mẽ, hơn lúc nào hết
việc nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ này là rất cần thiết.

10
Đối với trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên việc nghiên cứu tìm hiểu
công nghệ xanh- công nghệ ôtô Hybrid là rất ít (mới chỉ có một đề tài nghiên cứu khoa
học), còn lại hầu hết giáo viên và sinh viên của trường đều chưa biết nhiều tới nó.
Dòng xe Hybrid đang phát triển mạnh mẽ và đã có tới hàng triệu chiếc xe Hybrid được
đưa vào sử dụng khắp nơi trên thế giới. Vì vậy đề tài mang tính cấp thiết và thực tiễn
cao, khi hoàn thành đề tài có thể cung cấp tài liệu tham khảo có tính tổng quan về xe
Hybrid giúp cho sinh viên có thể tìm hiểu, nghiên cứu được các ưu việt mà nó đem lại
cho cuộc sống con người.


11
PHẦN II: CẤU TẠO CHUNG XE HYBRID
2.1. Phân loại các kiểu Hybrid trên các hãng xe

2.1.1 Hệ thống nối tiếp (series hybrid system)
Khi động cơ (engine) hoạt động, nó truyền năng lượng cho một máy phát điện.
Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc bình ắc-quy và một sẽ chạy một mô-
tơ điện (motor), bộ phận sẽ truyền năng lượng tới các trục xe. Đó được gọi là hệ thống
nối tiếp vì năng lượng truyền theo một quá trình liên tục (hay nói cách khác, hoạt động
của động cơ và của mô-tơ điện tiến hành lần lượt). Một hệ thống hybrid nối tiếp gồm
có hai mô-tơ, một chính là mô-tơ điện và một là máy phát điện có cấu trúc tương tự.
Trong sơ đồ nối tiếp, động cơ đốt trong (động cơ xăng, động cơ diesel hoặc pin
nhiên liệu) kéo máy phát cung cấp điện cho ắc quy và động cơ điện, ở đây không có sự
liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ
hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng làm quay rô-to của máy phát tạo ra điện năng
và từ điện năng lại chuyển sang cơ năng làm quay bánh xe.
Hình 2.1.1: Hệ thống Hybrid nối tiếp
1. Lực dẫn động 2. Năng lượng điện
3. Ắc quy 4. Máy phát
5. Động cơ 6. Bộ chuyển đổi
7. Động cơ điện 8. Bánh dẫn động
9. Hộp giảm tốc

12
Ưu điểm của sơ đồ này là: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế
độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường. Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế
độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ôtô. Đối với loại này có thể không cần hộp
số.
Tuy nhiên, hệ thống ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như: Kích
thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với hệ thống ghép song song; động cơ đốt trong
luôn làm việc ở chế độ tải nặng để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy nên dễ bị quá tải.
2.1.2 Hệ thống song song (hybrid parallel system)
Trong hệ thống song song, cả động cơ và mô-tơ điện cùng truyền lực tới các
trục bánh xe, mức độ tùy theo các điều kiện khác nhau. Đó được gọi là hệ thống song

song vì dòng năng lượng tới các bánh đi song song. Hệ thống này chỉ có một mô-tơ
điện, do vậy không thể cùng lúc vừa vận hành các bánh xe, vừa nạp điện vào bình ắc-
quy. Khi nào mô-tơ làm nhiệm vụ của một máy phát điện, dòng điện từ ắc-quy sẽ thay
thế vai trò của mô-tơ điện.
Đối với loại hệ thống này, cả hai nguồn động lực (điện và xăng) đều được kết
nối trực tiếp vào bánh xe và có thể truyền động lực một cách độc lập hoặc đồng thời.
Nói một cách đơn giản là bánh xe có thể được dẫn động một cách riêng biệt bằng động
cơ điện hoặc động cơ xăng, hoặc cả hai. Động cơ điện có hai chức năng chính. Chức
năng thứ nhất là chuyển hóa điện năng được cung cấp từ ắc quy thành cơ năng. Chức
năng thứ hai là chuyển hóa ngược lại từ cơ năng thành điện năng để nạp lại cho ắc
quy. Hầu hết các hãng sản xuất ôtô Hybrid hiện nay đều thiết kế theo cách này vì có
thể tận dụng cả hai nguồn năng lượng một cách hiệu quả nhất.
Trong sơ đồ này, ngoài sự liên hệ cơ khí trực tiếp giữa động cơ đốt trong và
bánh xe như ôtô thông thường còn có thêm động cơ điện truyền động đến bánh xe. Khi
ôtô chạy trên xa lộ, nguồn dẫn động chủ yếu sẽ là động cơ đốt trong, động cơ điện sẽ
dùng khi gia tốc ôtô còn, khi chạy trong thành phố nguồn dẫn động chủ yếu là động cơ
điện.
Sơ đồ này có ưu điểm là: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai
nguồn năng lượng, không cần dùng máy phát riêng do động cơ điện có tính năng giao
hoán, lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt động
bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian. Động cơ điện được sử
dụng ở đây là loại đặc biệt có tính năng lưỡng dụng, nó có thể khởi động động cơ đốt
trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy, cung cấp năng lượng
trong trường hợp xe cần gia tốc hoặc lên dốc.

13
Hình 2.1.2: Hệ thống Hybrid song song
1. Lực dẫn động 2. Năng lượng điện
3. Ắc quy 4. Máy phát điện
5. Bộ chia công suất 6. Động cơ

7. Bộ chuyển đổi 8. Động cơ điện
9. Bánh chủ động 10. Hộp giảm tốc
2.1.3 Hệ thống kết hợp (series/parallel hybrid system)
Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng tối
đa năng lượng có ích được sinh ra. Nó có hai mô-tơ, và tùy từng điều kiện khác nhau
mà xe lắp hệ thống kết hợp sẽ sử dụng đồng thời cả mô-tơ điện và động cơ hay chỉ sử
dụng năng lượng nguồn điện để thu được hiệu quả cao nhất. Thậm chí, khi cần thiết,
hệ thống này vừa vận hành các trục bánh xe trong khi vẫn có thể nạp điện vào máy
phát. Hệ thống kết hợp hiện chiếm ưu thế trong chế tạo xe hybrid.
Hệ thống này tận dụng được ưu điểm của 2 hệ thống kể trên, nhưng có nhiều bộ
phận hơn và chế tạo lắp đặt khó khăn hơn.

14
Hình 2.1.3: Hệ thống Hybrid hỗn hợp
1. Lực dẫn động 2. Năng lượng điện
3. Ắc quy 4. Máy phát
5. Bộ chia công suất 6. Động cơ chính
7. Bộ chuyển đổi 8. Động cơ điện
9. Bánh chủ động 10. Hộp giảm tốc
* Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ điện trong mỗi hệ thống:
Vì hệ thống nối tiếp sử dụng động cơ để sinh ra điện năng cung cấp cho mô-tơ
vận hành bánh xe, chúng có cùng lượng công việc như nhau.
Hệ thống song song dùng động cơ như nguồn năng lượng chính, còn mô-tơ điện
chỉ để trợ giúp, nên động cơ được sử dụng nhiều hơn.
Với hệ thống kết hợp, có một bộ phận liên tục thay đổi tỷ lệ công suất từ động
cơ tới các trục lái. Vì mô-tơ điện có thể vừa vận hành xe, vừa làm nhiệm vụ tạo ra
dòng điện nạp nên so với động cơ, nó được sử dụng nhiều hơn đôi chút.

15
Hình 2.1.4: Tỷ lệ sử dụng motor điện

2.2. Phân tích cấu tạo chung của xe Hybrid dưới dạng sơ đồ khối
2.2.1 Nguyên lý hoạt động của ôtô hybrid.
Hình 2.2.1: Sơ đồ khối hệ thống Hybrid
Ôtô hybrid hoạt động theo nguyên tắc:
Động cơ điện được sử dụng để khởi động xe, trong đó trong quá trình chạy
bình thường sẽ vận hành đồng bộ. Động cơ điện còn có công dụng tăng cường cung
cấp năng lượng để xe gia tốc hoặc leo dốc. Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ
điện được sử dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc quy. Không giống như các
phương tiện sử dụng động cơ điện khác, động cơ Hybrid không cần nguồn điện bên
ngoài, động cơ đốt trong sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy. Với sự phối hợp giữa
động cơ đốt trong và động cơ điện, động cơ Hybrid được mở rộng giới hạn làm việc,

16
giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ đốt trong hiệu suất tổ hợp động cơ cao, môment
lớn ở số vòng quay nhỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Hình 2.2.2: Sơ đồ truyền động động cơ Hybrid
2.2.2 Các quá trình làm việc của xe Hybrid
*Quá trình tăng tốc nhẹ:
Xe sẽ di chuyển với tốc độ thấp. MG2 cung cấp lực dẫn động chính. Khi tốc độ
lên tới 15 20 vòng/phút thì động cơ khởi động. Động cơ có hiệu suất thấp khi hoạt
động ở chế độ nhỏ.
Hình2.2.3: Quá trình tăng tốc nhẹ

17
*Quá trình chạy ổn định:
Công suất đầu ra của động cơ được phân chia thành hai phần. Một phần dẫn
động bánh xe, phần còn lại dẫn động MG1 để tạo ra điện.
Điện được tạo ra dùng để dẫn động MG2 và MG2 thì dẫn động bánh xe.
Tỉ lệ phân phối công suất đầu ra thì được kiểm soát bởi HV ECU để đạt hiệu
suất sử dụng cao nhất.

Hình 2.2.4 Quá trình chạy ổn định
*Quá trình tăng tốc cực đại:
Công suất tạo ra bởi động cơ và MG1 được bổ sung thêm năng lượng từ bình HV.
Moment của động cơ và moment của MG2 phụ thuộc và yêu cầu tăng tốc của xe.
Hình 2.2.5: Quá trình tăng tốc cực đại

18
*Quá trình giảm tốc (hoặc quá trình phanh)
Bánh xe dẫn động MG2, MG2 làm việc như là máy phát dể sử dụng công suất hãm
điện động.
Hình 2.2.6: Quá trình giảm tốc
Năng lượng tái chế này được lưu trữ trong bình ắcquy HV.
*Quá trình nạp điện cho bình ắcquy
Ắcquy HV sẽ được nạp điện nếu bình hết điện và động cơ khởi động hay di
chuyển thậm chí là không làm việc.
Ắcquy sẽ không được nạp nếu tay số ở N và động cơ không hoạt động.
Hình 2.2.7: Quá trình nạp điện

19
2.3. Các bộ phận chính của xe hybrid:
2.3.1 Động cơ:
Là loại động cơ có bộ thay đổi góc phân phối khí và bộ điều khiển bướm ga
bằng điện tử.
Hình 2.3.1: Động cơ
2.3.2 Mô tơ 1 (MG1):
Hoạt động như là một thiết bị điều khiển sự đóng mở công suất của cụm bánh
răng hành tinh. Nó nạp điện cho ắcquy và cũng cung cấp năng lượng điện cho MG2.
MG1 điều khiển có hiệu quả hộp số vô cấp và hoạt động như một máy khởi động.

20

Hình 2.3.2: Mô tơ 1
2.3.3 Mô tơ 2:
Dùng để dẫn động ở tốc độ thấp và bổ sung thêm lực ở tốc độ cao. Nó cung cấp
công suất đầu ra cho động cơ khi cần thiết và giúp động cơ đạt được hiệu suất cao. Nó
có chức năng như là một máy phát trong quá trình hãm điện động.
Hình 2.3.3: Mô tơ 2

21
2.3.4 Bộ bánh răng hành tinh:
Là một trong những bộ phận quan trọng trong hộp số tự động nó điều khiển việc
chuyển số, đảo chiều, giảm tốc, nối trực tiếp và tăng tốc.
Bộ truyền bánh răng hành tinh (hình 2.3.4) gồm có một số bộ phận:
- Bánh răng mặt trời.
- Các bánh răng hành tinh.
- Cần dẫn: Là bộ phận liên kết các trục bánh răng hành tinh.
- Bánh răng bao.
Hình 2.3.4: Bộ truyền bánh răng hành tinh
1. Bánh răng mặt trời 2. Bánh răng hành tinh
3. Cần dẫn 4. Bánh răng bao
Một bộ truyền hành tinh bao giờ cũng có 4 bộ phận nhưng để tạo ra một tay số
(hay 1 cấp số) thì chỉ có ba bộ phận tham gia (1, 3, 4). Nguyên tắc tạo ra 1 số truyền
phải cố định (phanh) một trong ba phần tử hoặc 1 hoặc 3 hoặc 4.
Vậy thì phải dùng một bộ phanh với vỏ hộp số sau đó phải truyền mô men và
tốc độ quay cho một trong hai phần tử hoặc cả hai phần tử còn lại.
Ví dụ:

22
Hình 2.3.5: Các ví dụ
Hình a: Bánh răng bao cố định, cần dẫn là phần tử chủ động, bánh răng mặt trời
là phần tử bị động làm tăng tốc độ xe và có chiều quay cùng chiều cùng chiều quay với

bánh răng chủ động.
Hình b: Bánh răng mặt trời cố định, bánh răng bao chủ động, cần dẫn là phần tử
bị động làm giảm tốc độ xe và có chiều quay cùng chiều với bánh răng chủ động.
Hình c: Cần dẫn cố định, bánh răng mặt trời là phần tử chủ động, bánh răng bao
là phần tử bị động làm đảo chiều quay với bánh răng chủ động.
Như vậy một bộ truyền hành tinh có thể tạo ra 7 số truyền khác nhau tuy nhiên
trong 7 số này không dùng được hết mà chỉ dùng được một vài số, cho nên một hộp số
tự động để có được tay số hợp lý ba hoặc bốn số thì cần ghép nối 2 hoặc 3 bộ truyền
hành tinh khác nhau.
Cố định
Phần tử dẫn
động
Phần tử bị
dẫn động
Tốc độ quay Chiều quay
Bánh răng bao
Bánh răng mặt
trời
Cần dẫn Giảm tốc
Cần dẫn
Bánh răng mặt
trời
Tăng tốc
Bánh răng mặt
trời
Bánh răng bao Cần dẫn Giảm tốc
Cùng hướng

với bánh răng
Cần dẫn Bánh răng bao Tăng tốc

Cần dẫn
Bánh răng mặt
trời
Bánh răng bao Giảm tốc
Bánh răng bao
Bánh răng mặt
trời
Tăng tốc
Kết nối hai trong ba phần tử 1,3,4 Truyền thẳng
Cùng hướng
với bánh răng
chủ động
Với động cơ Hybrid thì bộ bánh răng hành tinh là thiết bị phân tách công suất
động cơ. MG1 nối với bánh răng mặt trời, MG2 nối với bánh răng bao, và trục ra của
động cơ nối với cần dẫn.

23
Hình 2.3.6: Bộ Bánh răng hành tinh

24
2.3.5 Bộ chuyển đổi (converter)
Dòng điện giữa MG1, MG2 và Ắcquy được điều khiển bởi bộ chuyển đổi. Nó
chuyển dòng điện xoay chiều thành 1 chiều. Đồng thời chỉnh lưu dòng xoay chiều từ
MG1 và MG2 để nạp lại cho ắcquy.




Hình 2.3.7: Bộ chuyển đổi
2.3.6 Ắcquy:

Là nơi tích trữ năng lượng trong quá trình hãm điện động. Nó cung cấp năng
lượng cho mô tơ điện khi xe nổ máy hoặc khi cần thiết.

25