Bài giảng ô tô sử dụng năng lượng mới

Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Chương 1: MỞ ĐẦU
1. Đặc điểm tình hình về các nguồn năng lượng trên thế giới.
1.1. Nhu cầu sử dụng năng lượng.

Hình 1.1. Tiêu thụ năng lượng khả dụng chia theo ngành kinh tế
1.2. Sự cạn kiệt các nguồn năng lượng truyền thống.
Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão như ngày nay thì nhu
cầu về năng lượng là rất cần thiết, trong khi các nguồn năng lượng dự trữ như than
đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên và ngay cả thủy điện là có hạn khiến cho nhân loại
có nguy cơ đứng trước việc thiếu năng lượng. Do đó, để đối phó với tình trạng này:
+ Một là: Gia tăng hiệu suất năng lượng để giảm nhu cầu về năng lượng.
+ Hai là: Tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới.
1.3. Các nguồn năng lượng mới.
- Sản phẩm xăng Ethanol (tiết kiệm và giảm bớt khí thải CO2): Đây là loại
xăng pha cồn sinh học, sẽ làm giảm bớt khí thải CO2 ra không khí, là một loại
nhiên liệu thân thiện hơn với môi trường, đồng thời người tiêu dùng sẽ tiết kiệm
được 500 đồng/lít xăng so với giá xăng thông thường (A92).
- Biodiesel: Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có
tính chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ
dầu thực vật hay mỡ động vật. Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là
một loại năng lượng sạch. Mặt khác chúng không độc và dễ phân giải trong tự
nhiên.
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 1


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

- Biogas: Là 1 loại khí sinh học, được sản xuất từ việc lên men yếm khí các
loại phân hữu cơ hay xác động, thực vật. Hiện nay ở quy mô toàn cầu, Biogas là
nguồn năng lượng lớn. Tổng sản lượng ứng dụng chiếm 9% đến 10 % tổng năng
lượng trên thế giới.
- Khí hoá lỏng LPG (Liquefied Petrolium Gas), Khí thiên nhiên nén CNG
(Compressed Natural Gas):Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là Propan
(C3H8) và Butan (C4H10), thành phần hóa học của CNG chủ yếu là Metan (CH4)
và các Hydrocacbon khác như là Etan, Propan . . .
- Hydro: nguồn năng lượng mới thay thế dầu - khí trong tương lai: Hydro là
một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên
nhiên, đã được sử dụng làm nhiên liệu phóng các tàu vũ trụ. Đặc điểm quan trọng
của hydro là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác, như
cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước
(H2O), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng.
- Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển
Trái Đất.

Hình 1.2. Tuốc bin gió tại Tây Ban
Nha

Hình 1.3.Tuốc bin gió tại bờ biển Đan
Mạch

- Năng lượng mặt trời là năng lượng thu nhận từ ánh sáng mặt trời.
+ Tấm năng lượng mặt trời là thiết bị để thu nhận năng lượng từ ánh sáng
mặt trời. Thuật ngữ này được sử dụng để chỉ chung cả các tấm năng lượng mặt trời
để nung nước nóng (cung cấp nước nóng dùng trong nhà) hay tấm quang điện
(cung cấp điện năng).

Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 2


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Hình 1.4. Một phòng giặt ở California sử dụng năng lượng mặt trời
+ Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị
bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có
khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang
điện.

Hình 1.5. Một tế bào quang điện
Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là lượng điện thu được từ năng
lượng chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều. Hiện nay một số nơi trên
thế giới đã triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng thuỷ triều, một ví
dụ điển hình là hệ thống Limpet. Hệ thống này hoạt động theo nguyên lý như sau:
1. Lúc thuỷ triều thấp: chu trình nạp.
2. Thuỷ triều lên cao: chu trình nén.
3. Thuỷ triều xuống thấp: chu trình xả, kết thúc và nạp cho chu kỳ tiếp theo.

Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 3


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Sự thay đội chiều cao cột nước làm quay turbine tạo ra điện năng, mỗi máy Limpet
có thể đạt từ 250 KW đến 500 KW.

Hình 1.6. Hệ thống năng lượng thủy triều Bắc Ireland
- Pin nhiên liệu ( Fuel-Cell) là một thiết bị dùng Hydro (hay các nhiên
liệu giàu Hydro) và Oxy để tạo ra điện bằng một quá trình điện hóa.

Hình 1.7. Pin nhiên liệu hydro

Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 4


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

2. Ô tô và ô nhiễm môi trường.
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói
chung không giống nhau nhưng đều có xu thế chung là từng bước ô tô hóa. Tốc độ
gia tăng số lượng ô tô trên thế giới rất lớn, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á, chẳng
hạn Hàn Quốc tốc độ tăng hằng năm là 20%, Malaysia tốc độ này có thể đạt 70%...
Cùng với việc gia tăng số lượng ô tô thì số lượng xe gắn máy hai bánh giảm dần.
Theo xu thế phat triển của ngành ô tô thì thị trường ô tô tiềm năng trong thế kỷ 21
sẽ dịch 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 sẽ tăng từ 0,7 chiếc/1000 người dân năm 1985 đến 10
chiếc/1000 người dân năm 2020 và 20 chiếc/1000 người dân vào năm 2060.
Sự gia tăng mật độ ô tô dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải quyết đó là sự quá
tải của cơ sở hạ tầng và ô nhiễm môi trường. Sự phát triển ngành giao thông vận
tải và công nghiệp chế tạo ô tô của hầu hết các nước đều được thực hiện theo định
hướng làm giảm nhẹ sự tác động của hai vấn đề này đến kinh tế-xã hội.
- Giảm tải cho cơ sở hạ tầng:

Giải quyết vấn đề này một mặt liên quan đến công tác qui hoạch đô thị, nâng
cấp hệ thống giao thông, mở rộng đường, thiết kế tốt các nút giao thông, xây dựng
các bãi đậu xe... và mặt khác, cần phải lựa chọn kích cỡ ô tô phù hợp.
Kích cỡ và kiểu dáng ô tô đã có sự thay đổi rất đáng kể trong thế kỷ qua và
dường như theo qui luật "đường xoắn trôn ốc".Người ta ưu tiên chọn ô tô nhỏ bởi
lẽ chúng gọn nhẹ, chiếm ít không gian trong garage và thuế lưu hành thấp. Chính
vì vậy, những chủng loại xe như Renault Twingo, Ford KA,... thuộc loại ô tô bán
chạy nhất ở Châu Âu. Mới đây trên thị trường ô tô thế giới xuất hiện những chủng
loại ô tô có kích thước rút gọn hai chỗ ngồi SMART. Trên thị trường Châu Á, các
nhà chế tạo ô tô cũng rất quan tâm đến việc sản xuất các loại ô tô cỡ nhỏ. Ô tô Kia
Morning, Matiz của Daewoo là một ví dụ điển hình.
Trong điều kiện cơ sở hạ tầng phục vụ cho giao thông ở nước ta chưa được
phát triển, nhà ở thành phố chật hẹp, chỗ đậu xe chưa được xây dựng, việc sử dụng
các loại ô tô cá nhân cỡ lớn sẽ gây nhiều phiền hà cho công tác tổ chức giao thông
cũng như cho người sử dụng. Vì vậy nhiệm vụ đặt ra cho các nhà khoa học và các
cơ quan quản lý giao thông là xác định kiểu loại ô tô phù hợp với nước ta để
khuyến khích người dân sử dụng. Ô tô cá nhân ở nước ta trước hết phải là phương
tiện đi lại thông dụng thay thế xe gắn máy. Vì vậy ô tô phải gọn nhẹ, tốc độ và
quãng đường hoạt động tương thích với xe gắn máy nhưng an toàn và tiện nghi
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 5


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

hơn, đặc biệt là tránh mưa nắng và bụi trên đường. Giá thành của xe phải thấp để
đại bộ phận người dân có nhu cầu có thể mua sắm. Trong bối cảnh đó thì ô tô cỡ
nhỏ hai chỗ ngồi là phù hợp với nước ta nhất.
- Xu hướng phát triển ô tô sạch

Ô tô sạch không gây ô nhiễm (Zero emission) là mục tiêu hướng tới của các
nhà nghiên cứu và chế tạo ô tô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố
trong những năm gần đây, tập trung là hoàn thiện quá trình cháy 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:
+ Hoàn thiện động cơ diesel:
Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệt
tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều
khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng hoặc nâng cao chất
lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp. Việc
dùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng (dual fuel)
cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ diesel.
+ Ô tô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế:
Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza,... có nguồn
từ thực vật. Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít
chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO 2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính.
Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế trên phương tiện vận tải
nói chung và trên xe buýt nói riêng vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệu
còn cao. Tuy nhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồi
dào hoặc các loại nhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản
xuất công nghiệp.
Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethyl
ether (DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên. Đây là loại nhiên liệu thay thế cực
sạch có thể dùng cho động cơ diesel giống như LPG. Thử nghiệm trên ô tô cho
thấy, ô tô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ô
tô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV. Nếu việc sản xuất DME trên qui mô
công nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởng
nhất vì khí thiên nhiên phân bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đương
dầu mỏ.

+ Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên:
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 6


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về
năng lượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi
trường trong thành phố. Cho tới nay có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên
xe buýt, đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng.
Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng
rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay
dạng lỏng) trên ô tô. Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải
thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite
gia cố bằng sợi carbon.
+ 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 hữu hiệu.
Trong cộng đồng Châu Âu thì áo là nước sử dụng xe buýt LPG sớm nhất. Thành
phố Vienne 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,
Tây Ban Nha có 60 xe buýt chạy bằng LPG. Ở Ý hiện có hơn 860000 ô tô chạy
bằng LPG. Tỉ lệ xe buýt chạy bằng LPG cao hơn xe buýt chạy bằng khí thiên nhiên
ở Châu Âu (tỉ lệ hiện nay là 1.100/700). Người ta dự báo lượng LPG tiêu thụ cho
giao thông vận tải sẽ gia tăng trong những năm tới do số lượng ô tô sử dụng nguồn
năng lượng này gia tăng.
Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng để
chạy ô tô ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn có lợi

thế về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu. Việc chuyển đổi ô tô
chạy bằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: sử
dụng duy nhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời
diesel và LPG (dual fuel). Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng
bộ chế hoà khí kiểu Venturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp. Những
hệ thống phun mới đang được nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trong
buồng cháy để tăng tính năng công tác của loại động cơ này. Cũng như các loại
nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG trên ô tô 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 loại bình chứa nhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật
liệu và công nghệ mới.
+ Ô tô chạy bằng điện:
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 7


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với
môi trường không khí trong thành phố. Nguồn điện dùng để chạy ô tô được nạp
vào Ắc quy do đó quãng đường hoạt động độc lập của ô tô phụ thuộc vào khả năng
tích điện 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
về mặt ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên nếu nguồn điện được sản xuất từ nhiên liệu
hóa thạch thì ưu điểm này bị hạn chế nếu xét về mức độ phát ô nhiễm tổng thể.
Ngày nay ô tô chạy bằng Ắc quy đã đạt được những tính năng vận hành cần thiết
giống như ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống.
+ Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu:
Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ô tô

trong tương lai là pin nhiên liệu. Pin nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực
tiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện năng. Pin nhiên liệu trước đây chỉ được
nghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhưng ngày nay pin nhiên
liệu đã bước vào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ô tô. Do
không có quá trình cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pin nhiên liệu là điện,
nhiệt và hơi nước. Vì vậy có thể nói ô tô hoạt động bằng pin nhiên liệu là ô tô sạch
tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm trong khí xả. Ô tô chạy bằng pin nhiên
liệu không nạp điện mà chỉ nạp nhiên liệu hydrogen. Khó khăn vì vậy liên quan
đến lưu trữ hydro dưới áp suất cao hoặc trong vật liệu hấp thụ trên phương tiện vận
tải. Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro ngay trên xe để sử dụng cho pin
nhiên liệu nhưng hệ thống như vậy rất cồng kềnh và phức tạp. Các công ty chế tạo
ô tô ở Đức (Daimler Benz), ở Nhật (Toyota), ở Mỹ (General Motors)... đang có kế
hoạch sản xuất ô tô sử dụng pin nhiên liệu và dự kiến sẽ thương mại hóa ô tô này
vào năm 2010.
Tuy ngày nay người ta đã thành công trong chế tạo các loại pin nhiên liệu có
hiệu suất cao và giá thành phù hợp nhưng việc áp dụng phương án này trên xe buýt
vẫn còn xa so với hiện thực vì so với các phương án làm giảm ô nhiễm khác, pin
nhiên liệu chạy ô tô vẫn còn là loại nhiên liệu “xa xỉ” và “cao cấp”. Ngày nay
người ta thấy rằng nếu sử dụng pin nhiên liệu để chạy ô tô thì giá thành đắt hơn
chạy bằng diesel khoảng 30%.
+ Ô tô lai (hybrid):
Ô tô lai là loại ô tô sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau.
Trong khi các giải pháp sử dụng ô tô chạy hoàn toàn bằng điện còn nhiều bất cập
thì ô tô lai sử dụng động cơ điện và động cơ nhiệt tỏ ra có nhiều ưu thế nhất. Ô tô
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 8


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

lai dạng này sử dụng động cơ điện một chiều chạy bằng Ắc quy được nạp điện
bằng điện lưới khi ô tô dừng và nạp điện bổ sung từ cụm động cơ nhiệt-mát phát
điện một chiều bố trí trên xe. Ô tô lai được nghiên cứu từ những năm 1990. Đến
năm 1997, chiếc ô tô lai đầu tiên Toyota Prius ra đời tại Nhật Bản. Hiện nay trên
thị trường thế giới đã xuất hiện ô tô lai với các nhãn hiệu khác nhau: Honda
Insight, Honda Civic, Toyota Prius... với giá cả cạnh tranh với ô tô truyền thống.
Động cơ nhiệt sử dụng trên ô tô lai do chỉ nạp điện bổ sung vào Ắc quy nên
có công suất bé, và điều quan trọng là do nó chỉ làm việc ở một chế độ duy nhất ổn
định nên người ta có thể điều chỉnh, thiết kế để ở chế độ này động cơ phát ô nhiễm
thấp nhất. Động cơ nhiệt ở đây có thể là động cơ Diesel hiện đại với hệ thống lọc
bồ hóng và xử lý khí xả hay động cơ sử dụng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí
dầu mỏ hoá lỏng LPG). Lý tưởng nhất là ô tô lai sử dụng động cơ điện một chiều
và động cơ nhiệt nạp điện bổ sung chạy bằng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên hay
khí dầu mỏ hóa lỏng) với bộ xúc tác ba chức năng lắp trên đường xả.
Chính vì vậy ô tô lai điện-nhiệt ngoài ưu điểm có mức độ phát ô nhiễm thấp
còn có hiệu suất sử dụng năng lượng rất cao.
3. Xu hướng phát triển động cơ ô tô trên thế giới. 1. HSD: Hybrid Synergy Drive Ô tô sinh thái
The ultimate eco-car

Lai vận hành hiệp trợ.
2. FCHV: Fuel Cell Hybrid
Vehicle - Xe lai pin nhiên liệu.
3. HV: Hybrid Vehicle - Xe lai.
4. THS: Toyota Hybrid System Hệ thống lai của Toyota.
5. DPNR: Diesel Particulate NOX
Reduction - Động cơ điêden
giảm NOX và muội than.
6. D-4: Direct Injection 4 stroke Phun trực tiếp 4 nhịp.

Công nghệ lai – Hybrid
Technology

Năng lượng
thay thế

Động cơ
diesel

Biên soạn: Đặng Thế Anh

Động cơ
Xăng

7. DPR: Diesel Particulate active
Reduction System - Động cơ
điêden với hệ thống giảm hiệu
quả muội than.
8. Electric Vehicle - Xe điện.
9. CNG: Compressed Natural Gas
Động cơ
- Khí đốt thiên nhiên nén lỏng.
Điện
10. VVT-i: Variable Valve
Timing with intelligence Thay đổi thời gian đóng mở
xupap thông minh.
Trang 9


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Hình 1.8: Xu hướng phát triển nguồn động lực của ô tô trên thế giới.

Từ hình 1.8 ta nhận thấy, một thế hệ ô tô mới ra đời có liên quan trực tiếp đến
việc cải tiến hoặc thay đổi loại động cơ lắp đặt trên nó. Có thể phân ra làm 4 nhóm
động cơ chính được dùng làm nguồn động lực cho ô tô là động cơ xăng, động cơ
điêden, động cơ điện và động cơ sử dụng năng lượng thay thế như động cơ sử dụng
khí đốt hoá lỏng LPG (Liquid Petroleum Gas) hoặc LNG (Liquid Nature Gas),
CNG (Compressed Natural Gas). Động cơ xăng và điêden được xem là hai loại
động cơ truyền thống với ưu điểm nổi trội hơn các loại động cơ khác là việc cung
cấp nhiên liệu đơn giản và nhanh chóng. Tuy nhiên hiệu suất của nó thì không cao
và đồng thời gây ô nhiểm môi trường lớn nhất. Hai loại động cơ này đã được cải
tiến qua nhiều thế 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 triển trong tương lai. Động cơ điện và động cơ khí ga (LPG hoặc
LNG) tuy hiện nay còn có một số hạn chế nhất định nhưng đây là hai loại động cơ
có nhiều ưu điểm có thể thay thế hai loại động cơ truyền thống trong những năm
tới. Trong những năm gần đây, một thế hệ động cơ mới được tạo ra từ động cơ
xăng và động cơ điện được gọi là động cơ lai (Hybrid Engine) được lắp đặt thành
công trên xe du lịch đời mới của hãng Toyota, Honda. Động cơ lai đã phát huy ưu
điểm và đồng thời hạn chế nhược điểm của mỗi loại động cơ thành phần. Đây là
loại động cơ được xem là tốt nhất hiện nay.

Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 10


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Chương 2: Ô TÔ HYBRID ( Ô TÔ LAI)
1. Giới thiệu chung.
Theo biểu đồ xu hướng phát triển của động cơ, động cơ lai xăng - điện vận
hành hiệp trợ HSD (Hybrid Synergy Drive) được xếp loại là loại động cơ có ưu
điểm đứng đầu hiện nay. Động cơ HSD còn được gọi là động cơ THS II (Toyota
Hybrid System II).
Toyota có một lịch sử dài lâu của sự cải tiến liên tục những động cơ truyền
thống, bao gồm sự những động cơ xăng cháy nghèo, những động cơ xăng phun
trực tiếp và động cơ diesel phun trực tiếp ray chung (common rail) - cũng như
những động cơ sử dụng nhiên liệu thay thế, chẳng hạn như khí đốt thiên nhiên nén
lỏng (CNG) hoặc động cơ điện (EV). Toyota cho rằng công nghệ lai là cốt lõi cho
sự phát triển ô tô eco-car. Công nghệ quan trọng này sẽ được Toyota phát triển để
giảm bớt giá thành và nhanh chóng thương mại hóa ứng dụng của nó. Một trong
những tiêu chuẩn để đánh giá một sự kiện kỹ thuật mới trên ô tô trong tương lai là
hiệu suất toàn phần. Điều đó biểu thị hiệu quả toàn bộ của một nguồn năng lượng,
từ sự trích ra tới khi nó làm quay bánh xe chủ động của xe. Những công nghệ lai
của Toyota đã làm tăng thêm hiệu suất về cơ bản cho những động cơ truyền động ô
tô mà đỉnh cao hiện nay là động cơ lai vận hành hiệp trợ HSD hay còn được gọi là
THS II.
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 kỳ tình huống nào và thậm chí vừa chạy vừa nạp
điện cho nó. Mô hình ô tô với ký hiệu SU - HV1 gần đây nhất của Toyota mô tả
nét đặc trưng một Hệ thống Lai HSD đã ứng dụng thành công cho công suất phát
ra lớn đến 120kW của một động cơ V6 và một động cơ điện 50 kW. Với một động
cơ V6 (3,3 lít) sử dụng công nghệ lai này có thể đem lại hiệu quả ngang bằng động
cơ V8 (4,4 lít) với hiệu suất chất đốt và sự phát xạ chất gây ô nhiễm ở mức cho
phép của ô tô tốt gấp hai lần. Những hệ thống lai của Toyota có thể tích hợp với
nhiều loại hệ thống truyền động - không những động cơ xăng, mà còn cả động cơ
diesel, xe năng lượng thay thế, và cả xe pin nhiên liệu. Và công nghệ lai HSD của
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 11


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Toyota là thiết thực, mạnh và linh hoạt đủ để tăng cường bảo vệ môi trường và vận
hành hiệu quả của bất kỳ những kiểu ô tô nào, từ ô tô du lịch đến xe tải nhỏ và cả
xe đắc tiền. Đây mới chỉ là sự khởi đầu, công nghệ lai chắc chắn sẽ tiếp tục được
phát triển xa hơn nữa trong tương lai.

Hình 2.1.Toyota Prius New
Bảng 2.1. So sánh hiệu suất sử dụng nhiên liệu toàn phần của các đời xe.
Động cơ
Xe động cơ xăng gần đây
Xe lai trước đây
Xe lai đời sau
Toyota pin nhiên liệu FCHV

HiÖu suÊt nhiÖt

FCHV tương lai

Hiệu suất biến
đổi nhiên liệu
(A%)
88
88
88
58

70

Hiệu suất biến đổi
thành cơ năng (B
%)
16
32
37
50
60

Hiệu suất toàn
phần
(A%.B%)
14
28
32
29
42

New Prius (HSD)

C©n b»ng gi÷a hiÖu
suÊt vµ kh¶ n¨ng gia
tèc cña c¸c lo¹i « t«
truyÒn thèng

Biên soạn: Đặng Thế Anh
C¸c kiÓu xe hiÖn hµnh

Kh¶ n¨ng gia tèc
Trang 12


Bi ging: ễ tụ s dng nng lng mi

Hỡnh 2.2 th mụ t mi liờn h gia hiu sut v kh nng tng tc.

Hỡnh 2.1 gii thiu Toyota Prius New l loi u tiờn s dng Lai Vn hnh
Hip tr HSD. Mụ hỡnh ny c thit k theo tiờu chun ca Nht vi hiu sut
cht t t c 35,5(km/L) (chu trỡnh kim tra ca Nht), gp hai ln ca
Corolla 1.5 lớt, v hon ton tuõn theo vi nhng iu kin Mc phỏt x thp Cc
thp nghiờm ngt nht ca Nht bn. hỡnh 2.1 v bng 2.1 cho ta thy hiu qu cỏch bit ca cỏc loi ụ
tụ lai so vi cỏc loi ụ tụ truyn thng.

2. Cỏc h thng lai hin nay.
2.1. H Thng Lai THS Ca Toyota (Toyota Hybrid System)
H thng Lai Toyota (Toyota Hybrid System - THS) cho s s dng trong
nhng xe ụ tụ hnh khỏch. H thng truyn ng ny kt hp mt ng c xng v
mt mụ t in m nú khụng yờu cu s np in ngoi nh nhng xe ụ tụ in
hin nay. Nhiờn liu np li cho xe l xng nh nhng chic xe ụ tụ truyn thng.
H thng ny cng t c gn gp hai ln hiu sut nhiờn liu so vi nhng
ng c xng truyn thng. THS c lp t trong xe ụ tụ hnh khỏch Prius, v
ó c gii thiu vo thỏng 12 nm 1997 ti th trng Nht bn vi t cỏch l
lot sn phm xe lai hnh khỏch u tiờn trờn th gii. Vo nm 2000, Prius bt
u c tip th hi ngoi. Prius ó t c mt danh ting l mt loi xe ụ tụ
cú tớnh sỏng to cao vi s lng bỏn ra rng khp th gii vt hn 110.000
chic. Trong lỳc ú, THS vn tip tc c phỏt trin v trong nm 2001 Toyota
cho ra i mụ hỡnh THS - C vi kt hp THS v CVT (Continuously Variable
Transmission - H thng truyn ng bin thiờn liờn tc) c lp t trong xe ti

nh Estima Hybrid v THS - M (mt h thng lai nh) c lp t trong Crown,
xe du lch c tin, c hai u c bỏn ra cho th trng Nht bn. Thnh cụng
ny ó gúp phn rt ln to ra nhng nhng th h ụ tụ tõn tin ca th k 21.
Hot ng ca h thng THS c mụ t nh sau:
Khởi động

Chạy bình thư
ờng

Chỉ chạy
Động cơ xăng
động cơ
và động cơ
điện ng Th Anhđiện
Biờn son:

Tăng tốc

Động cơ xăng
và động cơ
điện

Giảm tốc

Dừng

Nạp điện
cho ắc quy

Động cơ xăng

tự động tắc
Trang 13


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Hình 2.3.Mô tả hoạt động của động cơ THS
Khởi động: Chỉ động cơ điện được sử dụng cho khởi động và từ tốc độ thấp
tới trung bình.
Chạy bình thường: Khi vận tải khách, cả động cơ xăng lẫn động cơ điện đều
điều khiển những bánh xe chủ động. Công suất động cơ xăng được chia ra giữa
những bánh xe và một máy phát điện, mà máy phát điện này điều khiển động cơ
điện quay. Sự cung cấp năng lượng là được kiểm soát để làm hiệu suất cực đại. Tất
nhiên, máy phát cũng nạp lại nguồn ắc quy từ công suất động cơ xăng dư thừa.
Tăng tốc đột ngột: Nguồn ắc quy cùng bổ sung thêm năng lượng để đẩy mạnh
truyền công suất, khi đó động cơ xăng và động cơ điện cùng cung cấp sức kéo để
cân bằng với đòi hỏi của sự gia tốc.
Giảm tốc/Sự phanh: Động cơ điện đóng vai trò một máy phát điện được kéo
bởi những bánh xe của ô tô. "Hệ thống phanh làm tái sinh" này khôi phục động
năng của ô tô thành điện năng và được cất giữ trong nguồn ắc quy hiệu suất cao.
Trong quá trình hoạt động, hệ thống THS tạo một mối liên hệ chặc chẽ giữa
động cơ điện và động cơ xăng. Cả hai động cơ thành phần này kết hợp đưa ra công
suất hợp lý theo đòi hỏi của phụ tải làm cho hoạt động của xe tiện nghi và an toàn
ở hiệu quả cao nhất có thể có.
Trong một hệ thống truyền lực truyền thống, có một sự cân bằng giữa công
suất và hiệu suất. Nếu ta cố gắng nâng cao một trong hai, thì cái còn lại sẽ giảm.
Hệ thống lai THS tháo gỡ được mối quan hệ này. Hiệu quả mà hệ thống lai THS
đạt được nhờ nâng cao điện áp của hệ thống lai tới một cực đại 500V

Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 14


Bi ging: ễ tụ s dng nng lng mi

Hỡnh 2.4. ng c lai THS

Ngoi mch in in ỏp cao ra, h thng THS cng tn dng mt hiu sut
cao hn ca ngun c quy, ng thi tc quay ca ng c in v mỏy phỏt
in cng c nõng cao hn.
H thng Lai THS cú bn c trng sau:
- Gim s mt mỏt nng lng: H thng t ng dng ng c xng khi
khụng ti, nh vy gim bt s lóng phớ nng lng khi ng c chy khụng ti.
- Khụi phc v s dng li nng lng: Nng lung m bỡnh thng b bin
thnh nhit trong sut trong thi gian gim tc v phanh ó c khụi phc
thnh nng lng in np li cho ngun c quy, m ri sau ú c cung cp cho
ng c in xut phỏt v h tr tng tc.
- ng c in h tr tng tc: ng c in giỳp ng c xng trong sut
thi gian gia tc.
- iu khin hot ng hiu sut cao.
H thng THS cú 3 kiu liờn kt ca hai ng c thnh phn, ú l kiu ni
tip, kiu song song v kiu hn hp.
- Kiu lai ni tip: ng c in iu khin nhng bỏnh xe, cụng vic duy
nht ca ng c xng l s kộo mỏy phỏt in phỏt sinh ra in nng.
- Kiu lai song song: ng c xng thc hin iu khin chớnh nhng bỏnh
xe, ng c in s giỳp cho gia tc
- Kiu lai hn hp: H thng ny cú mt b phn gi l "thit b phõn chia
cụng sut" chuyn giao mt t l bin i liờn tc cụng sut ca ng c xng v
ng c in n cỏc bỏnh xe ch ng. Tuy nhiờn xe cú th chy theo "kiu ờm

du" ch vi mt mỡnh ng c in.
Dòng cơ năng
Dòng điện năng

ắc quy
Bộ chuyển
đổi điện

Động cơ xăng
Máy phát điện
Bánh răng
giảm tốc
Biờn son: ng Th Anh

Động cơ
điện
Bánh xe
chủ động
Trang 15


Bi ging: ễ tụ s dng nng lng mi

Hỡnh 2.6. H thng lai ni tip.

Dòng cơ năng
Dòng điện năng

ắc quy

Cơ cấu
Động cơ xăng truyền động

Bộ chuyển
đổi điện
Động cơ
điện
Bánh xe
chủ động

Bánh răng
giảm tốc

Hỡnh 2.7. H thng lai song song
Dòng cơ năng
Dòng điện năng

ắc quy
Bộ chuyển
đổi điện

Máy phát điện
Động cơ xăng

Động cơ
điện

Bộ phân chia
công suất

Bánh xe
chủ động

Bánh răng
giảm tốc

Hỡnh 2.8. H thng lai hn hp
Kiểu lai
nối tiếp

Động cơ xăng
Động cơ điện

Kiểu lai
song song
Kiểu lai
hỗn hợp

Biờn son: ng Th Anh

Động cơ xăng
Động cơ xăng
Tốc độ
cao

Động cơ điện

Động cơ điện
Tốc độ thấp

Trang 16


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Hình 2.9. Tỷ lệ sử dụng công suất giữa hai loại động cơ thành phần
Hoạt động của động cơ xăng và động cơ điện trong mỗi hệ thống được mô tả
như hình 2-9. Biểu đồ này cho thấy tỷ lệ của sự sử dụng giữa động cơ xăng và
động cơ điện khác nhau phụ thuộc vào hệ thống lai. Từ một hệ thống lai nối tiếp sử
dụng động cơ xăng của nó để phát điện cho động cơ điện điều khiển kéo những
bánh xe chủ động, động cơ xăng và động cơ điện làm việc cùng một lượng của thời
gian. Một hệ thống lai song song sử dụng động cơ xăng như nguồn sức mạnh
chính, với mô tơ có chỉ cung cấp sự giúp đỡ trong thời gian gia tốc. Bởi vậy, động
cơ xăng được sử dụng nhiều hơn động cơ điện. Còn trong một hệ thống lai hỗn
hợp, một thiết bị chia công suất phân chia công suất động cơ ra từng phần, vì vậy
tỷ lệ của công suất đi trực tiếp tới các bánh xe chủ động và tới máy phát điện là
thay đổi liên tục. Động cơ điện có thể chạy ra điện như một máy phát điện nên
động cơ điện được sử dụng nhiều hơn so với động cơ xăng.
* Sơ đồ cấu tạo:
Nguån ¾c quy
§éng c¬ x¨ng
M¸y ph¸t ®iÖn

Bé ®iÒu khiÓn
c«ng suÊt
Bé ph©n chia
c«ng suÊt
B¸nh r¨ng
gi¶m tèc

§éng c¬ ®iÖn

Hình 2.10. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống THS.
Cấu tạo của hệ thống THS được mô tả ở hình 2.10. Tất cả các bộ phận cơ bản
của THS đã được phát triển bởi Toyota. Mạch điện điện áp cao, động cơ điện, máy
phát điện và nguồn ắc quy đã được thiết kế lại thật tối ưu. Hệ thống gồm có hai
loại nguồn công suất, một động cơ xăng hiệu suất cao kiểu chu trình 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 động cơ điện thông thường.
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 17


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Ngoài ra, hệ thống còn có một máy phát điện, một bộ nguồn ắc quy Niken Hyđrua kim loại, hiệu suất cao và một bộ điều khiển công suất tối ưu.
- Động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ công suất cao:
THS sử dụng một động cơ điện kiểu AC đồng bộ nam châm vĩnh cửu, mà cũng
chính là một mô tơ không chổi than hiệu suất cao với dòng AC. Những nam châm
Neođim (những nam vĩnh cửu) được bố trí trong một rô to làm từ thép điện từ
mỏng ghép lại tạo thành một động cơ điện hiệu suất cao. 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 hợp với điện áp cao của
bộ cung cấp điện, công suất phát ra lớn nhất của động cơ điện được tăng lên
khoảng xấp xỉ gấp 1,5, cụ thể là tới 50kW. 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 thế giới. Để
điều khiển động cơ điện, một phát triển mới hơn là hệ thống điều khiển điều biến
đã được thêm vào ở vùng tốc độ trung bình, khác với phương pháp trước đây 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 trong phạm vi
tốc độ trung bình đã được tăng thêm một lượng lớn nhất xấp xỉ 30 %.
- Nguồn ắc quy của hệ thống lai:
Trong THS, 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 phóng hoặc
nạp điện thông qua máy phát và động cơ điện, và bởi vậy không yêu cầu sự nạp
điện từ bên ngoài như đối với xe ô tô điện.
- Bộ phân chia công suất:
Công suất động cơ xăng được chia ra từng phần nhờ sử dụng cơ cấu bánh răng
hành tinh. Thông qua cơ cấu phân chia công suất, ở các chế độ hoạt động khác
nhau của xe thì số vòng quay của động cơ điện, máy phát điện và động cơ xăng sẽ
khác nhau. Nhờ vậy mà hệ thống này có thể tận dụng hết công suất của động cơ
xăng ở tốc độ cao và mô men xoắn cực đại của động cơ điện ở tốc độ thấp. Sơ đồ
cấu tạo của nó như ở hình 2-8.

Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 18


Bi ging: ễ tụ s dng nng lng mi

Động cơ xăng

Máy phát

Bánh răng mặt trời
(trục máy phát)

Giá đỡ bánh

răng vệ tinh
(trục động cơ
xăng)

Bánh răng
vệ tinh

Động cơ điện

Bánh xe
chủ động

Vòng răng (trục
động cơ điện và
bánh răng nhỏ
truyền lực chính)

Hỡnh 2.11. Thit b phõn chia cụng sut kiu bỏnh rng hnh tinh
- ng c xng chu trỡnh Atkinson:
H thng lai THS s dng mt ng c t trong lm vic theo chu trỡnh
Atkinson cú t s nộn cao, do ú hiu sut nhit ca nú rt cao. Chu trỡnh Atkinson
c xng bi James Atkinson ( U.K.) trong ú khong thi gian hnh trỡnh
nộn v hnh trỡnh gión n cú th c lp vi nhau. Cỏc xu pỏp np v x c iu
khin theo h thng VVT-i (Variable Valve Timing-intelligent), h thng ny s
tớnh toỏn iu chnh thi gian úng m xu pỏp theo iu kin hot ng ca ng
c, do ú luụn thu c hiu qu cc i
Máy phát điện
Bộ chia công suất
Động cơ điện

Động cơ xăng
Hộp giảm tốc
Biờn son: ng Th Anh

Bán trục cầu
Trang 19
chủ động


Bi ging: ễ tụ s dng nng lng mi

Hỡnh 2.12. Mt ct ngang ng c lai THS
- H thng iu khin trung tõm:
H thng iu khin ca THS bo m duy trỡ trng thỏi lm vic ca xe ụ tụ
cú hiu qu cc i v an ton cao nht bi vic qun lý nng lng s dng ton
b xe, bao gm nng lng di chuyn xe ụ tụ cng nh nng lng s dng cho
nhng thit b ph , nh iu hũa khụng khớ, h thng si, h thng ốn pha v
ốn tớn hiu.
Bàn đạp ga
Tốc độ xe
Điều hoà
không khí

Máy phát
điện

Vị trí
đòn bẩy
Bàn đạp
phanh

ECU

Động cơ
xăng

Động cơ
điện

Phanh tái sinh

ắc quy
Chìa khoá
mở xe

Bánh
xe chủ
động

Hệ thống
khoá xe
Nguồn cung
cấp điện

Hỡnh 2.13. S h thng iu khin ca THS
- B truyn ng kt hp
cú th truyn hai ngun cụng sut cựng lỳc, nht thit phi cú b truyn
ng kt hp, qua ú b truyn cú th nhn c hai ngun ng lc hoc ch nhn
riờng l mt trong hai ngun ng lc trc khi truyn n cu ch ng ca ụtụ.
S b trớ tng th hai ngun ng lc (1) v (2) cựng vi b truyn kt

hp cụng sut cú th ch ra trờn hỡnh 2.14
1
1

L1

Z2

3
3

2

2
Biờn son: ng Th Anh

L2

Z1

Trang 20


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

Hình 2.14 Sơ đồ bố trí tổng thể bộ truyền kết hợp hai nguồn động lực
1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai, 3. Bộ kết hợp công suất

ω1 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (1), ω2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2),
ω3 - Tốc độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp, Z1, Z2 - Số răng của bộ giảm tốc từ

nguồn (2) về bộ kết hợp, L1, L2 - Các ly hợp tương ứng với các nguồn (1),(2)
Theo sơ đồ hình 2.14 nguồn động lực (1) thông qua ly hợp L 1 (ở trạng thái
đóng) để truyền công suất đến bộ kết hợp (3). Còn nguồn động lực (2) thông qua ly
hợp L2 (ở trạng thái đóng), qua bộ giảm tốc (Z 2/Z1) rồi mới truyền công suất đến
bộ kết hợp (3). Như vậy, nguồn công suất (2) có tốc độ cao hơn nguồn (1) mặc dầu
công suất có thể bằng hoặc khác nhau.
- Bộ kết hợp công suất
Bộ kết hợp công suất (3) có thể có nhiều dạng khác nhau. Tuy nhiên về
phương diện truyền động (cả động học và động lực học), có thể phân chia bộ kết
hợp công suất (3) ra làm ba kiểu cơ bản sau: kiểu truyền động cơ khí nối cứng tốc
độ, kiểu biến đổi mômen xoắn (biến mô) và kiểu vi sai (biến đổi tốc độ).
*Bộ kết hợp công suất kiểu truyền động nối cứng tốc độ
1
ω1

L1

Z2

ω3
3

ω2
2

K

L2

Z1

Hình 2.15. Bộ kết hợp công suất kiểu nối cứng tốc độ
1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai, 3. Trục thứ cấp, K - Khóa.

ω1 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (1), ω2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2),
ω3 - Tốc độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp, Z1, Z2 - Số răng của bộ giảm tốc từ
nguồn (2) về bộ kết hợp. L1, L2 - Các ly hợp tương ứng với các nguồn (1),(2)
Theo sơ đồ này, bộ kết hợp công suất chỉ cần trục (3) trên đó gắn khóa K để
có thể nối với bánh răng của bộ giảm tốc Z 2. Công suất từ nguồn (1) truyền thẳng

Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 21


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

đến trục (3) mà không cần qua một chi tiết nào khác. Nguồn công suất (2) sau khi
qua bộ bánh răng giảm tốc Z2/Z1 cũng có cùng tốc độ với ω1 và ω3, tức là:

* Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen
Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen cho phép biến đổi một cách linh
hoạt tốc độ và môme từ nguồn công suất (2), sơ đồ được biểu diễn trên hình 2.16
Theo sơ đồ H3.3, nguồn công suất (1) được truyền thẳng đến trục thứ cấp
của bộ kết hợp thông qua ly hợp L1. Còn nguồn công suất (2) được truyền đến bộ
kết hợp thông qua ly hợp L2 và bộ giảm tốc (Z2/Z1) như kiểu nối cứng tốc độ. Tuy
nhiên, để truyền mômen và tốc độ từ bánh răng Z 2 đến trục thứ cấp (3) chúng ta
dùng bộ biến đổi nomen. Bộ biến đổi mômen gồm bánh bơm (5) nối cứng với bánh
răng Z2, bánh tuốc-bin (6) để nhận mômen từ bánh bơm (5). Bánh tuốc bin được
lắp quay trơn trên trục thứ cấp (3) và chỉ được nối với trục (3) khi đóng khóa K.

6

Z2

ω1

L1

5

4

K

ω3

3
1
ω2
Z1

L2

2

Hình 2.16a. Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen
1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai, 3. Trục thứ cấp, 4 - Bánh
phản lực, 5- Bánh bơm, 6 - Bánh tuốc-bin, K - Khóa. ω1 - Tốc độ góc trục quay
của nguồn (1), ω2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2). ω3 - Tốc độ góc trục thứ cấp
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 22


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

của bộ kết hợp, Z1, Z2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2) về bộ kết hợp. L1, L2
- Các ly hợp tương ứng với các nguồn công suất (1),(2).
a) Khi chỉ sử dụng nguồn công suất (1)
Sơ đồ truyền động như hình 2.16a. Công suất từ nguồn (1) truyền qua ly hợp
L1 (trạng thái đóng), rồi truyền thẳng đến trục (3) để đến cầu chủ động với tốc độ
góc ω3 ≡ ω1. Lúc này khóa K (kiểu ống gài hoặc đồng tốc) chưa đóng (mở), bánh
răng Z2 và bánh tuốc-bin (6) quay trơn trên trục (3), tức là nguồn công suất (2)
không thể truyền đến trục thứ cấp (3).
b) Khi chỉ truyền nguồn công suất (2)
6

Z2

ω1

L1

5

4

K

ω3

3
1
ω2
Z1

L2

2

Hình 2.16b. Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen
1- Nguồn động lực thứ nhất (ngắt do L1 mở), 2- Nguồn động lực thứ hai, 3. Trục
thứ cấp, 4 - Bánh phản lực, 5- Bánh bơm, 6 - Bánh tuốc-bin, K - Khóa. ω1 - Tốc độ
góc trục quay của nguồn (1), ω2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2). ω3 - Tốc độ góc
trục thứ cấp của bộ kết hợp, Z1, Z2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2) về bộ
kết hợp. L1, L2 - Các ly hợp tương ứng với các nguồn công suất (1),(2).
Khi chỉ truyền mỗi nguồn công suất (2) thì ly hợp L 1 mở, khóa K đóng để
nối bánh bánh tuốc-bin (6) với trục thứ cấp (3). Công suất từ nguồn (2) truyền qua
ly hợp L2 ( đóng), truyền qua bộ giảm tốc (Z 2/Z1) rồi đến dẫn động bánh bơm (5)
như sơ đồ hình 2.16bb.
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 23


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

c) Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn công suất (1) và (2)
Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn động lực (1) và (2), thì cả hai ly hợp
L1, L2 và khóa K đều đóng. Trục (3) sẽ nhận đồng thời hai nguồn công suất (1) và

(2). Tuy vậy tốc độ góc trục (3) luôn luôn bằng tốc độ góc của trục (1) : ω3 ≡ ω1.
Còn tốc độ góc của trục nguồn công suất (2) có thể sai khác bất kỳ nhờ sự trượt
giữa bánh bơm (5) và bánh tuốc bin (6), tức là phụ thuộc vào tỷ số truyền động của
biến mô thủy lực
* Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai tốc độ
6

ω1

L1

K1

5

4

Z2
K2

R3

R1
K

1

Z1

L2

ω2

ω3

R2

3

2

Hình 2.17a. Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai tốc độ
1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai, 3. Trục thứ cấp của bộ kết
hợp, 4 - Các bánh răng vệ tinh của vi sai, 5- Thân (vỏ), 6 - Ống gài. K1, K2 - Khóa,
K- Khóa vi sai, R1 - Bán kính vòng chia bánh răng trung tâm, R2 -Bán kính vòng
chia vành răng bao, R3 - Bán kính vòng tròn qua tâm trục các bánh vệ tinh. ω1 Tốc độ góc trục quay của nguồn (1).ω2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2). ω3 - Tốc
độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp. Z1, Z2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2)
về bộ kết hợp. L1, L2 - Các ly hợp tương ứng với các nguồn (1) và nguồn (2).
Theo sơ đồ, Bánh răng trung tâm có bán kính vòng chia R 1 cùng ăn khớp với
bốn bánh răng vệ tinh (4) quay trơn quanh các trục có khoảng cách so với trục
bánh răng trung tâm là R3. Bao quanh các bánh vệ tinh là vành răng bao có bán
kính vòng chia là R2. Bánh răng bao được dẫn động bởi bánh răng Z 2 của bộ giảm
tốc từ nguồn công suất (2). Bộ kết nối còn có các khóa K 1, K2 và ống gài (6) gắn
trên thân (5).
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 24


Bài giảng: Ô tô sử dụng năng lượng mới

a) Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn công suất (1) và (2)
Truyền động kết hợp hai nguồn động lực cùng lúc được minh ở hình 2.17a.
Công suất từ nguồn (1) truyền qua ly hợp L 1 (trạng thái đóng) sẽ truyền thẳng đến
bánh răng trung tâm R1. Công suất từ nguồn (2) truyền qua ly hợp L2 ( đóng), rồi
truyền qua bộ giảm tốc (Z2/Z1) để đến vành răng bao R2. Mômen xoắn từ bánh
trung tâm R1 và từ vành răng bao R2 sẽ thông qua các bánh răng vệ tinh (4), tác
dụng lên các cần C của vi sai những lực vòng để hình thành mômen xoắn truyền
cho trục thứ cấp (3) của bộ kết hợp.
b) Khi chỉ truyền nguồn công suất (1)
Truyền động kết hợp hai nguồn động lực kiểu vi sai tốc độ nếu ngắt một
trong hai nguồn thì vi sai sẽ chuyển sang làm việc theo một trong các chế độ của
cơ cấu hành tinh. Khi chỉ truyền nguồn công suất (1), sơ đồ truyền động được chỉ
ra như hình H3.4b.

6

ω1

L1

K1

5

4

Z2
K2

R3

R1
K

1

Z1

L2

ω2

ω3

R2

3

2

Hình 2.17b. Bộ kết hợp công suất kiểu hành tinh
1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai (được ngắt bởi ly hợp L2),
3. Trục thứ cấp của bộ kết hợp, 4 - Các bánh răng vệ tinh của bộ kết hợp, 5- Thân
(vỏ), 6 - Ống gài. K1, K2 - Khóa, K- Khóa vi sai, R1 - Bán kính vòng chia bánh răng
trung tâm, R2 -Bán kính vòng chia vành răng bao, R3 - Bán kính vòng tròn qua tâm
trục các bánh vệ tinh. ω1 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (1). ω3 - Tốc độ góc
Biên soạn: Đặng Thế Anh

Trang 25