thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN QUÂN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC
Ô TÔ LAI ĐIỆN NHIỆT HAI CHỖ NGỒI

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ MÁY KÉO - 605246

S K C0 0 0 9 8 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2004


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
Thành phố Hồ Chí Minh



LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành:

KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ MÁY KÉO
Mã số: 605246

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC
Ô TÔ LAI ĐIỆN NHIỆT HAI CHỖ NGỒI
Kỹ sư: NGUYỄN QUÂN.

Thành phố Hồ Chí Minh: 08/ 2004.


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
Thành phố Hồ Chí Minh



LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành:

KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ MÁY KÉO
Mã số: 605246

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC
Ô TÔ LAI ĐIỆN NHIỆT HAI CHỖ NGỒI

Người hướng dẫn: GS.TSKH. BÙI VĂN GA.
Người thực hiện: KS. NGUYỄN QUÂN.

Thành phố Hồ Chí Minh: 08/ 2004.

Nhận xét của ngời hớng dẫn
Luận văn cao học của học viên Nguyễn Quân
Đề tài: Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện-nhiệt hai chỗ ngồi
ở các nớc phát triển cuộc chạy đua tìm nguồn năng lợng sạch cho ô tô đã
bắt đầu. Theo xu thế chung, đứng đầu danh sách ô tô chạy điện tiếp theo là ô tô lai,
ô tô chạy bằng pile nhiên liệu là ứng viên thứ ba của cuộc chạy đua. Về mặt nhiên
liệu cho động cơ nhiệt, chất lợng của các loại nhiên liệu lỏng truyền thống sẽ
đợc nâng cao, các loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) sẽ đợc áp dụng
rộng rãi trên ô tô, các loại nhiên liệu sinh học (nh ethanol, colza) có lợi thế so
sánh thấp về mặt môi trờng và giá thành nhiên liệu này còn cao nên hạn chế về
mặt sử dụng, các nhiên liệu tổng hợp từ khí thiên nhiên đang đợc nghiên cứu,
nhiên liệu khí hydro cho ô tô cha có triển vọng ứng dụng do công nghệ và giá
thành.
Sự phát triển của ô tô sử dụng điện và pile nhiên liệu phụ thuộc vào khả năng
phát triển, hoàn thiện các loại động cơ truyền thống và sử dụng các nguồn nhiên
liệu sạch thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng hiện nay để làm giảm ô nhiễm môi
trờng. Để đạt đợc cùng tính năng kinh tế và mức độ phát ô nhiễm đối với động
cơ sử dụng LPG thì trong thập niên 2010, giá nhiên liệu hydro phải giảm đi 50% và
giá thành pile nhiên liệu phải giảm đi 30% so với giá cả hiện nay. Vì vậy trong
vòng 2 thập niên tới, ô tô chạy bằng pile nhiên liệu vẫn cha có lợi thế cạnh tranh
so với các loại nhiên liệu thay thế.
Nhu cầu sử dụng ô tô trong đi lai là xu thế tất yếu của xã hội phát triển. Nớc
ta có thị trờng nội địa lớn với hơn 80 triệu dân. Cho tới nay, thị trờng này hầu
nh vẫn còn nguyên vẹn. Trong xu thế hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) và thế
giới (WTO), thị trờng nội địa của nớc ta chắc chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đối
với các nhà sản xuất ô tô thế giới. Việc thâm nhập ồ ạt ô tô bên ngoài có kích cỡ
không phù một mặt sẽ gây ra những vấn nạn về ách tắt giao thông và mặt khác làm
mất thị phần đối với một sản phẩm công nghiệp quan trọng của đất nớc. Vì vậy,
việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện
sử dụng trong nớc có ý nghĩa rất thiết thực và cấp bách đối với nớc ta.

Học viên Nguyễn Quân đợc giao đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống động
lực của ô tô lai điệnnhiệt. Theo xu thế phát triển trên đây, lọai ô tô này sẽ thay thế
dần ô tô sử dụng động cơ nhiệt, nó cũng là bớc trung gian để chuyển sang ô tô
dùng pile nhiên liệu khi nguồn dầu mỏ cạn kiệt. Trong bản luận văn này, học viên
Nguyễn Quân đã phân tích các khía cạnh kinh tếxã hội và điều kiện cơ sở hạ tầng
khác nhau để rút ra kết luận là ô tô hybrid hai chỗ ngồi là phơng tiện đi lại phù
hợp với nớc ta trong những năm tới. Nghiên cứu phát triển và chế tạo loại ô tô này
ở Việt Nam chắc chắn sẽ tạo ra một sản phẩm có thị trờng tiêu thụ rộng, trớc hết
phục vụ nhu cầu đi lại của nhân dân, tiến tới xuất khẩu.
Nội dung của bản luận văn tập trung vào các điểm chính sau:
Thiết kế hệ thống truyền động điện của ôt ô lai hai chỗ ngồi
Tính toán lắp đặt động cơ nhiệt và máy phát điện


Thiết kế các bộ phận truyền động cơ khí
Thiết kế lắp đặt hệ thống động lực trên ô tô lai hai chỗ ngồi
Trong quá trình làm luận văn, học viên Nguyễn Quân đã tỏ ra rất tích cực và
chủ động trong nghiên cứu. Tiếp cận một vấn đề còn mới của thế giới và lần đầu
tiên đợc nghiên cứu ở Việt Nam là một thử thách lớn đối với học viên. Tuy có
nhiều khó khăn ban đầu về tài liệu tham khảo và kinh nghiệm thực tiễn nhng học
viên Quân đã có nhiều nỗ lực và cố gắng vợt qua đợc những thử thách để hòan
thành có chất lợng bản luận văn.
Những kết quả đạt đợc ban đầu này sẽ là nền tảng cho những nghiên cứu tiếp
theo về ô tô lai ở Việt Nam. Các tính tóan và thiết kế trong luận văn này mới chỉ là
bớc mở đầu. Những nghiên cứu chi tiết sau này sẽ đi sâu vào công nghệ chế tạo.
Ngời hớng dẫn đánh giá cao kết quả khoa học cũng nh tinh thần học tập
tích cực của học viên Cao học Nguyễn Quân. Đề nghị hội đồng chấm luận án cho
phép học viên Nguyễn Quân đợc bảo vệ luận văn của mình để nhận bằng Thạc Sĩ
Kỹ Thuật.
Đà Nẵng, ngày 9 tháng 9 năm 2004

Ngời hớng dẫn

GS.TSKH. Bùi Văn Ga
Hiệu trởng Trờng Cao Đẳng Công Nghệ
Đại học Đà Nẵng


MỤC LỤC:
Tóm tắt
Summary
Lời cảm ơn
Chương 1: MỞ ĐẦU.
1.1 Bối cảnh.
1.2 Mục đích của đề tài.
1.3 Phương pháp nghiên cứu.

Trang:
1
1
2

3
7
8

Chương 2: TỔNG QUAN NỘI DUNG ĐỀ TÀI.
2.1 Xu thế phát triển ô tô trên thế giới và ở Việt Nam.
9
2.2 Thực trạng cơ sở hạ tầng và phương tiện giao thông ở nước ta.
26

2.3 Phân tích lựa chọn kiểu dáng và nguồn động lực của ô tô cá nhân
phù hợp với Việt Nam.
27
Chương 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Ô TÔ LAI ĐIỆN
NHIỆT 2 CHỖ NGỒI.
3.1 Xác đònh công xuất động cơ điện và nguồn ắc quy.
29
3.2 Tính toán các thông số động học của ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi. 33
Chương 4: TÍNH TOÁN LẮP ĐẶT ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ MÁY PHÁT ĐIỆN.
4.1 Chọn công suất động cơ nhiệt và máy phát điện.
36
4.2 Cải tạo động cơ xăng thành động cơ khí đốt hoá lỏng LPG.
36
4.3 Cải tạo máy phát điện phù hợp với bộ nguồn ắc quy.
48
Chương 5: THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ.
5.1 Sơ đồ tổng quát của các cơ cấu truyền động cơ khí.
5.2 Thiết kế bộ truyền lực chính và vi sai cầu chủ động.
5.3 Thiết kế cơ cấu phanh tái sinh năng lượng và hỗ trợ vượt dốc.
5.4 Thiết kế trục, gối đỡ, vỏ cầu và bôi trơn.

51
53
59
63

Chương 6: THIẾT KẾ LẮP ĐẶT CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ.
6.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ và hệ thống nạp điện cho ắc quy. 69
6.2 Sơ đồ lắp đặt các hệ thống động lực trên ô tô.
74

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO.

76
77


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

PHỤ LỤC.

78

TÓM TẮT:
Đề tài: “Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi” sẽ xây
dựng một mô hình ô tô cá nhân rất nhỏ gọn với hệ thống động lực kết hợp giữ
một động cơ điện và một động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hoá
lỏng LPG. Đây là một mẫu ô tô sẽ phù hợp với điều kiện sử dụng và cơ sở hạ
tầng giao thông ở đô thò Việt Nam. Hệ thống động cơ lai trang bò trên ô tô này
được xem là nguồn động lực sạch và giá thành sản xuất không cao. Đề tài này
đặt nền tản cho một đề tài lớn hơn là “Thiết kế và chế tạo ô tô lai điện nhiệt
hai chỗ ngồi tại Việt Nam”.
Nội dụng mà đề tài thực hiện bao gồm:
- Tính toán động học và động lực học ô tô hai chỗ ngồi.
- Tính toán công suất, lựa chọn mô hình động cơ lai thích hợp.
- Thiết kế hệ thống truyền động ô tô.
- Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ.
- Lựa chọn kiểu dáng ô tô và bố trí lắp đặt hệ thống động lực trên ô tô.

Với giới hạn về nội dung và thời gian thực hiện, đề tài này còn bỏ ngỏ
phần thiết kế hệ thống dẫn điện và các mạch điện tử, phần này sẽ được thực
hiện ở một đề tài khác tiếp theo là “Thiết kế hệ thống điện và điện tử trên xe ô
tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi”.

SUMMARY:
The aim of this dissertation is design system trainpower hybrid electric - heat
of two seat automobile, what will build a model personal car with small size and
power system associate between a electric motor and a combustion internal engine
that use fuel LPG (Liquid Petroleum Gas). This is the car sample which will
conformity with used conditions in the city in Vietnam. The hybrid engine in this
car is clean source power and low price.
Main content of this dissertation include:
- To calculate kinetics and dynamics of the two seat car.
- To calculate the automobile power and to make choice one of suitable
hybrid engine types.
- To design the automobile trainpower.
- To design the control engine system.
- To design and place devices into the car.
Because of limited times, this dissertation only to calculate and design
mechanical parts and to bring out common principle. The electrical and
electronical parts will calculated and designed in a next other theme.
1


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

LỜI CÁM ƠN:

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin chân thành biết ơn thầy giáo
GS.TSKH. BÙI VĂN GA, hiệu trưởng trường Cao Đẳng Công Nghệ - Đại học
Đà Nẵng, thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Xin
cám ơn toàn thể GS, PGS, TS, ThS-GVC của Khoa Cơ Khí Động Lực - Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đã hết lòng giúp đỡ, hướng
dẫn, đóng góp về mặt chuyên môn. Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến
quý Thầy Cô ở phòng Quản lý Sau Đại Học của Trường đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu tại trường và cũng như
trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè
đồng môn và gia đình đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện
đề tài này.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2004.
Người thực hiện luận văn:
KS. NGUYỄN QUÂN.

2


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1 BỐI CẢNH :
Sù ph¸t triĨn c¸c ph-¬ng tiƯn giao th«ng ë c¸c khu vùc trªn thÕ giíi nãi
chung kh«ng gièng nhau nh-ng ®Ịu cã xu thÕ chung lµ tõng b-íc « t« hãa dÇn c¸c
qu·ng ®-êng dÞch chun. Tèc ®é gia t¨ng sè l-ỵng « t« trªn thÕ giíi rÊt lín, ®Ỉc
biƯt lµ khu vùc §«ng Nam ¸, ch¼ng h¹n Hµn Qc tèc ®é t¨ng h»ng n¨m lµ 20%,
Malaysia tèc ®é nµy cã thĨ ®¹t 70%... Cïng víi viƯc gia t¨ng sè l-ỵng « t« th× sè

l-ỵng xe g¾n m¸y hai b¸nh gi¶m dÇn. C¸c chuyªn gia kinh tÕ cho r»ng thÞ tr-êng «
t« tiỊm n¨ng trong thÕ kû 21 sÏ dÞch chun tõ c¸c n-íc §«ng ©u vµ Ch©u Mü La
Tinh sang c¸c n-íc §«ng Nam ¸, Trung ¸ vµ ci cïng lµ Ch©u Phi. Theo dù b¸o,
sè l-ỵng « t« ë Ch©u ¸ Th¸i B×nh D-¬ng sÏ t¨ng tõ 0,7 chiÕc/1000 ng-êi d©n n¨m
1985 ®Õn 10 chiÕc/1000 ng-êi d©n n¨m 2020 vµ 20 chiÕc/1000 ng-êi d©n vµo n¨m
2060.
Sù gia t¨ng mËt ®é « t« dÉn ®Õn hai vÊn ®Ị lín cÇn gi¶i qut ®ã lµ sù qu¸
t¶i cđa c¬ së h¹ tÇng vµ « nhiƠm m«i tr-êng. Sù ph¸t triĨn ngµnh giao th«ng vËn t¶i
vµ c«ng nghiƯp chÕ t¹o « t« cđa hÇu hÕt c¸c n-íc ®Ịu ®-ỵc thùc hiƯn theo ®Þnh
h-íng lµm gi¶m nhĐ sù t¸c ®éng cđa hai vÊn ®Ị nµy ®Õn kinh tÕ-x· héi.
- Gi¶m t¶i cho c¬ së h¹ tÇng:
Gi¶i qut vÊn ®Ị nµy mét mỈt liªn quan ®Õn c«ng t¸c qui ho¹ch ®« thÞ,
n©ng cÊp hƯ thèng giao th«ng, më réng ®-êng, thiÕt kÕ tèt c¸c nót giao th«ng, x©y
dùng c¸c b·i ®Ëu xe... vµ mỈt kh¸c, cÇn ph¶i lùa chän kÝch cì « t« phï hỵp. Trong
ph¹m vi nghiªn cøu cđa ®Ị tµi nµy, chóng t«i chØ xem xÐt ®Õn mỈt thø hai cđa vÊn
®Ị.
KÝch cì vµ kiĨu d¸ng « t« ®· cã sù thay ®ỉi rÊt ®¸ng kĨ trong thÕ kû qua vµ
d-êng nh- theo qui lt "®-êng xo¾n tr«n èc". ThËt vËy ngµy nay ng-êi ta l¹i t×m
thÊy nh÷ng « t« míi nhÊt cã kiĨu d¸ng nh- « t« "2 chevaux" (th-êng gäi lµ xe con
cãc) kÝch th-íc nhá gän cđa c¸c h·ng « t« nỉi tiÕng trªn thÕ giíi s¶n xt. Ng-êi ta
-u tiªn chän « t« nhá bëi lÏ chóng gän nhĐ, chiÕm Ýt kh«ng gian trong garage vµ
th l-u hµnh thÊp. ChÝnh v× vËy, nh÷ng chđng lo¹i xe nh- Peugeot 205, Renault
Twingo, Ford KA, BMW "2 chevaux"... thc lo¹i « t« b¸n ch¹y nhÊt ë Ch©u ¢u.
Míi ®©y trªn thÞ tr-êng « t« thÕ giíi xt hiƯn nh÷ng chđng lo¹i « t« cã kÝch th-íc
rót gän hai chç ngåi SMART. Trªn thÞ tr-êng Ch©u ¸, c¸c nhµ chÕ t¹o « t« còng rÊt
quan t©m ®Õn viƯc s¶n xt c¸c lo¹i « t« cì nhá. ¤ t« Matiz cđa Daewoo lµ mét vÝ
dơ ®iĨn h×nh.
Trong ®iỊu kiƯn c¬ së h¹ tÇng phơc vơ cho giao th«ng ë n-íc ta ch-a ®-ỵc
ph¸t triĨn, nhµ ë thµnh phè chËt hĐp, chç ®Ëu xe ch-a ®-ỵc x©y dùng, viƯc sư dơng
c¸c lo¹i « t« c¸ nh©n cì lín sÏ g©y nhiỊu phiỊn hµ cho c«ng t¸c tỉ chøc giao th«ng

còng nh- cho ng-êi sư dơng. V× vËy nhiƯm vơ ®Ỉt ra cho c¸c nhµ khoa häc vµ c¸c
c¬ quan qu¶n lý giao th«ng lµ x¸c ®Þnh kiĨu lo¹i « t« phï hỵp víi n-íc ta ®Ĩ
khun khÝch ng-êi d©n sư dơng. ¤ t« c¸ nh©n ë n-íc ta tr-íc hÕt ph¶i lµ ph-¬ng
tiƯn ®i l¹i th«ng dơng thay thÕ xe g¾n m¸y. V× vËy « t« ph¶i gän nhĐ, tèc ®é vµ
3


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

qu·ng ®-êng ho¹t ®éng t-¬ng thÝch víi xe g¾n m¸y nh-ng an toµn vµ tiƯn nghi h¬n,
®Ỉc biƯt lµ tr¸nh m-a n¾ng vµ bơi trªn ®-êng. Gi¸ thµnh cđa xe ph¶i thÊp ®Ĩ ®¹i bé
phËn ng-êi d©n cã nhu cÇu cã thĨ mua s¾m. Trong bèi c¶nh ®ã th× « t« cì nhá hai
chç ngåi lµ phï hỵp víi n-íc ta nhÊt.
- Xu h-íng ph¸t triĨn « t« s¹ch
¤ t« s¹ch kh«ng g©y « nhiƠm (Zero emission) lµ mơc tiªu h-íng tíi cđa c¸c
nhµ nghiªn cøu vµ chÕ t¹o « t« ngµy nay. Cã nhiỊu gi¶i ph¸p ®· ®-ỵc c«ng bè trong
nh÷ng n¨m gÇn ®©y, tËp trung lµ hoµn thiƯn qu¸ tr×nh ch¸y ®éng c¬ Diesel, sư dơng
c¸c lo¹i nhiªn liƯu kh«ng trun thèng cho « t« nh- LPG, khÝ thiªn nhiªn,
methanol, ethanol, biodiesel, ®iƯn, pin nhiªn liƯu, n¨ng l-ỵng mỈt trêi, « t« lai
(hybrid). Xu h-íng ph¸t triĨn « t« s¹ch cã thĨ tỉng hỵp nh- sau:
+ Hoµn thiƯn ®éng c¬ diesel:
C¸c kü tht míi ®Ĩ hoµn thiƯn ®éng c¬ diesel ®· cho phÐp n©ng cao râ rƯt
tÝnh n¨ng cđa nã bao gåm ¸p dơng hƯ thèng phun ray chung (common rail) ®iỊu
khiĨn ®iƯn tư, läc bå hãng vµ xư lý khÝ trªn ®-êng x¶ b»ng bé xóc t¸c ba chøc
n¨ng, hc n©ng cao chÊt l-ỵng nhiªn liƯu, sư dơng nhiªn liƯu diesel cã hµm l-ỵng
l-u hnh cùc thÊp. ViƯc dïng ®éng c¬ diesel sư dơng ®ång thêi nhiªn liƯu khÝ vµ
nhiªn liƯu láng (dual fuel) còng lµ mét gi¶i ph¸p n©ng cao tÝnh n¨ng cđa ®éng c¬
diesel.

+ ¤ t« ch¹y b»ng c¸c lo¹i nhiªn liƯu láng thay thÕ:
C¸c lo¹i nhiªn liƯu láng thay thÕ quan t©m hiƯn nay lµ cån, colza,... cã ngn
tõ thùc vËt. Do thµnh phÇn C trong nhiªn liƯu thÊp nªn qu¸ tr×nh ch¸y sinh ra Ýt chÊt
« nhiƠm cã gèc carbon, ®Ỉc biƯt lµ gi¶m CO2, chÊt khÝ g©y hiƯu øng nhµ kÝnh. Ngµy
nay viƯc øng dơng c¸c lo¹i nhiªn liƯu láng thay thÕ trªn ph-¬ng tiƯn vËn t¶i nãi
chung vµ trªn xe bt nãi riªng vÉn cßn rÊt h¹n chÕ do gi¸ thµnh cđa nhiªn liƯu cßn
cao. Tuy nhiªn gi¶i ph¸p nµy cã lỵi ë nh÷ng n¬i mµ ngn nhiªn liƯu nµy dåi dµo
hc c¸c lo¹i nhiªn liƯu trªn ®-ỵc chiÕt xt tõ c¸c chÊt th¶i cđa qu¸ tr×nh s¶n xt
c«ng nghiƯp.
Mét lo¹i nhiªn liƯu láng thay thÕ kh¸c míi ®©y ®-ỵc c«ng bè lµ Dimethyl
ether (DME) ®-ỵc chÕ t¹o tõ khÝ thiªn nhiªn. §©y lµ lo¹i nhiªn liƯu thay thÕ cùc
s¹ch cã thĨ dïng cho ®éng c¬ diesel gièng nh- LPG. Thư nghiƯm trªn « t« cho
thÊy, « t« dïng DME cã møc ®é ph¸t « nhiƠm thÊp h¬n nhiỊu so víi tiªu chn « t«
ph¸t « nhiƠm cùc thÊp California ULEV. NÕu viƯc s¶n xt DME trªn qui m« c«ng
nghiƯp thµnh hiƯn thùc th× trong t-¬ng lai nã sÏ lµ nhiªn liƯu láng lý t-ëng nhÊt v×
khÝ thiªn nhiªn ph©n bè ®Ịu kh¾p trªn tr¸i ®Êt vµ cã tr÷ l-ỵng t-¬ng ®-¬ng dÇu má.
+ ¤ t« ch¹y b»ng khÝ thiªn nhiªn:
Sư dơng « t« ch¹y b»ng khÝ thiªn nhiªn lµ mét chÝnh s¸ch rÊt h÷u Ých vỊ n¨ng
l-ỵng thay thÕ trong t-¬ng lai, ®Ỉc biƯt vỊ ph-¬ng diƯn gi¶m « nhiƠm m«i tr-êng
4


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

trong thµnh phè. Cho tíi nay cã hai gi¶i ph¸p sư dơng khÝ thiªn nhiªn trªn xe bt,
®ã lµ khÝ thiªn nhiªn d-íi d¹ng khÝ vµ khÝ thiªn nhiªn d-íi d¹ng láng. Mét trong
nh÷ng khã kh¨n khiÕn cho ngn n¨ng l-ỵng nµy ch-a ®-ỵc ¸p dơng réng r·i trªn
ph-¬ng tiƯn vËn t¶i lµ vÊn ®Ị l-u tr÷ khÝ thiªn nhiªn (d¹ng khÝ hay d¹ng láng) trªn

« t«. Ngµy nay viƯc chÕ t¹o b×nh chøa khÝ thiªn nhiªn ®· ®-ỵc c¶i thiƯn nhiỊu c¶ vỊ
c«ng nghƯ lÉn vËt liƯu, ch¼ng h¹n sư dơng b×nh chøa composite gia cè b»ng sỵi
carbon.
+ ¤ t« ch¹y b»ng khÝ dÇu má hãa láng LPG:
HiƯn nay nhiỊu n-íc, nhiỊu khu vùc trªn thÕ giíi xem viƯc sư dơng LPG trªn
« t« ch¹y trong thµnh phè lµ gi¶i ph¸p b¶o vƯ m«i tr-êng kh«ng khÝ h÷u hiƯu.
Trong céng ®ång Ch©u ¢u th× ¸o lµ n-íc sư dơng xe bt LPG sím nhÊt. Thµnh
phè Vienne ®· sư dơng xe bt ch¹y b»ng LPG tõ n¨m 1963 vµ cho ®Õn nay, thµnh
phè cã 500 xe bt ch¹y b»ng nhiªn liƯu nµy. §an M¹ch cã 180, Hµ Lan cã 150,
T©y Ban Nha cã 60 xe bt ch¹y b»ng LPG. ë ý hiƯn cã h¬n 860000 « t« ch¹y
b»ng LPG. TØ lƯ xe bt ch¹y b»ng LPG cao h¬n xe bt ch¹y b»ng khÝ thiªn nhiªn
ë Ch©u ¢u (tØ lƯ hiƯn nay lµ 1.100/700). Ng-êi ta dù b¸o l-ỵng LPG tiªu thơ cho
giao th«ng vËn t¶i sÏ gia t¨ng trong nh÷ng n¨m tíi do sè l-ỵng « t« sư dơng ngn
n¨ng l-ỵng nµy gia t¨ng.
KhÝ dÇu má hãa láng LPG ngµy cµng trë nªn lµ lo¹i nhiªn liƯu -a chng ®Ĩ
ch¹y « t« ngoµi nh÷ng ®Ỉc ®iĨm nỉi bËt vỊ gi¶m « nhiƠm m«i tr-êng nã cßn cã lỵi
thÕ vỊ sù thn tiƯn trong chun ®ỉi hƯ thèng nhiªn liƯu. ViƯc chun ®ỉi « t«
ch¹y b»ng nhiªn liƯu láng sang dïng LPG cã thĨ ®-ỵc thùc hiƯn theo ba h-íng: sư
dơng duy nhÊt nhiªn liƯu LPG, sư dơng hc x¨ng hc LPG, sư dơng ®ång thêi
diesel vµ LPG (dual fuel). ViƯc t¹o hçn hỵp LPG kh«ng khÝ cã thĨ thùc hiƯn b»ng
bé chÕ hoµ khÝ kiĨu Venturie th«ng th-êng hay phun LPG trªn ®-êng n¹p. Nh÷ng
hƯ thèng phun míi ®ang ®-ỵc nghiªn cøu ph¸t triĨn lµ phun LPG d¹ng láng trong
bng ch¸y ®Ĩ t¨ng tÝnh n¨ng c«ng t¸c cđa lo¹i ®éng c¬ nµy. Còng nh- c¸c lo¹i
nhiªn liƯu khÝ kh¸c, viƯc l-u tr÷ LPG trªn « t« lµ vÊn ®Ị g©y nhiỊu khã kh¨n nhÊt
mỈc dï ¸p st hãa láng cđa LPG thÊp h¬n rÊt nhiỊu so víi khÝ thiªn nhiªn hay c¸c
lo¹i khÝ kh¸c. C¸c lo¹i b×nh chøa nhiªn liƯu LPG còng ®-ỵc c¶i tiÕn nhiỊu nhê vËt
liƯu vµ c«ng nghƯ míi.
+ ¤ t« ch¹y b»ng ®iƯn:
¤ t« ch¹y ®iƯn vỊ nguyªn t¾c lµ « t« s¹ch tut ®èi (zero emission) ®èi víi
m«i tr-êng kh«ng khÝ trong thµnh phè. Ngn ®iƯn dïng ®Ĩ ch¹y « t« ®-ỵc n¹p vµo

accu do ®ã qu·ng ®-êng ho¹t ®éng ®éc lËp cđa « t« phơ thc vµo kh¶ n¨ng tÝch
®iƯn cđa accu. NÕu ngn ®iƯn ®-ỵc s¶n xt tõ c¸c ngn n¨ng l-ỵng t¸i sinh
(thđy ®iƯn, pin mỈt trêi...) th× « t« dïng ®iƯn lµ lo¹i ph-¬ng tiƯn lý t-ëng nhÊt vỊ
mỈt « nhiƠm m«i tr-êng. Tuy nhiªn nÕu ngn ®iƯn ®-ỵc s¶n xt tõ nhiªn liƯu hãa
th¹ch th× -u ®iĨm nµy bÞ h¹n chÕ nÕu xÐt vỊ møc ®é ph¸t « nhiƠm tỉng thĨ. Ngµy
nay « t« ch¹y b»ng accu ®· ®¹t ®-ỵc nh÷ng tÝnh n¨ng vËn hµnh cÇn thiÕt gièng nh« t« sư dơng nhiªn liƯu láng trun thèng.
5


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

+ ¤ t« ch¹y b»ng pin nhiªn liƯu:
Mét trong nh÷ng gi¶i ph¸p cđa ngn n¨ng l-ỵng s¹ch cung cÊp cho « t«
trong t-¬ng lai lµ pin nhiªn liƯu. Pin nhiªn liƯu lµ hƯ thèng ®iƯn hãa biÕn ®ỉi trùc
tiÕp hãa n¨ng trong nhiªn liƯu thµnh ®iƯn n¨ng. Pin nhiªn liƯu tr-íc ®©y chØ ®-ỵc
nghiªn cøu ®Ĩ cung cÊp ®iƯn cho c¸c con tµu kh«ng gian nh-ng ngµy nay pin nhiªn
liƯu ®· b-íc vµo giai ®o¹n th-¬ng m¹i hãa ®Ĩ cung cÊp n¨ng l-ỵng cho « t«. Do
kh«ng cã qu¸ tr×nh ch¸y x¶y ra nªn s¶n phÈm ho¹t ®éng cđa pin nhiªn liƯu lµ ®iƯn,
nhiƯt vµ h¬i n-íc. V× vËy cã thĨ nãi « t« ho¹t ®éng b»ng pin nhiªn liƯu lµ « t« s¹ch
tut ®èi theo nghÜa ph¸t th¶i chÊt « nhiƠm trong khÝ x¶. ¤ t« ch¹y b»ng pin nhiªn
liƯu kh«ng n¹p ®iƯn mµ chØ n¹p nhiªn liƯu hydrogen. Khã kh¨n v× vËy liªn quan
®Õn l-u tr÷ hydro d-íi ¸p st cao hc trong vËt liƯu hÊp thơ trªn ph-¬ng tiƯn vËn
t¶i. NhiỊu nghiªn cøu ®Ị nghÞ ®iỊu chÕ hydro ngay trªn xe ®Ĩ sư dơng cho pin
nhiªn liƯu nh-ng hƯ thèng nh- vËy rÊt cång kỊnh vµ phøc t¹p. C¸c c«ng ty chÕ t¹o
« t« ë §øc (Daimler Benz), ë NhËt (Toyota), ë Mü (General Motors)... ®ang cã kÕ
ho¹ch s¶n xt « t« sư dơng pin nhiªn liƯu vµ dù kiÕn sÏ th-¬ng m¹i hãa « t« nµy
vµo n¨m 2010.
Tuy ngµy nay ng-êi ta ®· thµnh c«ng trong chÕ t¹o c¸c lo¹i pin nhiªn liƯu cã

hiƯu st cao vµ gi¸ thµnh phï hỵp nh-ng viƯc ¸p dơng ph-¬ng ¸n nµy trªn xe bt
vÉn cßn xa so víi hiƯn thùc v× so víi c¸c ph-¬ng ¸n lµm gi¶m « nhiƠm kh¸c, pin
nhiªn liƯu ch¹y « t« vÉn cßn l¯ lo¹i nhiªn liƯu “xa xØ” v¯ “cao cÊp”. Ng¯y nay
ng-êi ta thÊy r»ng nÕu sư dơng pin nhiªn liƯu ®Ĩ ch¹y « t« th× gi¸ thµnh ®¾t h¬n
ch¹y b»ng diesel kho¶ng 30%.
+ ¤ t« lai (hybrid):
¤ t« lai lµ lo¹i « t« sư dơng Ýt nhÊt hai ngn søc kÐo bỉ sung cho nhau.
Trong khi c¸c gi¶i ph¸p sư dơng « t« ch¹y hoµn toµn b»ng ®iƯn cßn nhiỊu bÊt cËp
th× « t« lai sư dơng ®éng c¬ ®iƯn vµ ®éng c¬ nhiƯt tá ra cã nhiỊu -u thÕ nhÊt. ¤ t«
lai d¹ng nµy sư dơng ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu ch¹y b»ng accu ®-ỵc n¹p ®iƯn b»ng
®iƯn l-íi khi « t« dõng vµ n¹p ®iƯn bỉ sung tõ cơm ®éng c¬ nhiƯt-m¸t ph¸t ®iƯn
mét chiỊu bè trÝ trªn xe. ¤ t« lai ®-ỵc nghiªn cøu tõ nh÷ng n¨m 1990. §Õn n¨m
1997, chiÕc « t« lai ®Çu tiªn Toyota Prius ra ®êi t¹i NhËt B¶n. HiƯn nay trªn thÞ
tr-êng thÕ giíi ®· xt hiƯn « t« lai víi c¸c nh·n hiƯu kh¸c nhau: Honda Insight,
Honda Civic, Toyota Prius... víi gi¸ c¶ c¹nh tranh víi « t« trun thèng.
§éng c¬ nhiƯt sư dơng trªn « t« lai do chØ n¹p ®iƯn bỉ sung vµo accu nªn cã
c«ng st bÐ, vµ ®iỊu quan träng lµ do nã chØ lµm viƯc ë mét chÕ ®é duy nhÊt ỉn
®Þnh nªn ng-êi ta cã thĨ ®iỊu chØnh, thiÕt kÕ ®Ĩ ë chÕ ®é nµy ®éng c¬ ph¸t « nhiƠm
thÊp nhÊt. §éng c¬ nhiƯt ë ®©y cã thĨ lµ ®éng c¬ Diesel hiƯn ®¹i víi hƯ thèng läc
bå hãng vµ xư lý khÝ x¶ hay ®éng c¬ sư dơng nhiªn liƯu khÝ (khÝ thiªn nhiªn, khÝ
dÇu má ho¸ láng LPG). Lý t-ëng nhÊt lµ « t« lai sư dơng ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu
vµ ®éng c¬ nhiƯt n¹p ®iƯn bỉ sung ch¹y b»ng nhiªn liƯu khÝ (khÝ thiªn nhiªn hay
khÝ dÇu má hãa láng) víi bé xóc t¸c ba chøc n¨ng l¾p trªn ®-êng x¶.
Ngoµi nh÷ng ®Ỉc ®iĨm nªu trªn, tïy thc vµo c¸ch bè trÝ tỉ hỵp gi÷a ®éng c¬
®iƯn vµ ®éng c¬ nhiƯt, « t« lai ®iƯn-nhiƯt cßn cã c¸c -u ®iĨm nh- sau:

6


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

- Cã thĨ phèi hỵp c«ng st gi÷a ®éng c¬ ®iƯn vµ ®éng c¬ nhiƯt mét c¸ch
tèi -u ®Ĩ ®¶m b¶o hiƯu st sư dơng n¨ng l-ỵng cao nhÊt.
- Cã thĨ tËn dơng giai ®o¹n phanh hay xng dèc cđa « t« ®Ĩ n¹p ®iƯn vµo
¾c quy.
ChÝnh v× vËy « t« lai ®iƯn-nhiƯt ngoµi -u ®iĨm cã møc ®é ph¸t « nhiƠm thÊp
cßn cã hiƯu st sư dơng n¨ng l-ỵng rÊt cao.
1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI:
ë c¸c n-íc ph¸t triĨn cc ch¹y ®ua t×m ngn n¨ng l-ỵng s¹ch cho « t« nãi
chung ®· b¾t ®Çu. Theo xu thÕ chung, ®øng ®Çu danh s¸ch lµ « t« ch¹y ®iƯn tiÕp
theo lµ « t« lai, « t« ch¹y b»ng pin nhiªn liƯu lµ øng viªn thø ba cđa cc ch¹y ®ua.
VỊ mỈt nhiªn liƯu cho ®éng c¬ nhiƯt, chÊt l-ỵng cđa c¸c lo¹i nhiªn liƯu láng trun
thèng sÏ ®-ỵc n©ng cao, c¸c lo¹i nhiªn liƯu khÝ (LPG, khÝ thiªn nhiªn) sÏ ®-ỵc ¸p
dơng réng r·i trªn « t«, c¸c lo¹i nhiªn liƯu sinh häc (nh- ethanol, colza) cã lỵi thÕ
so s¸nh thÊp vỊ mỈt m«i tr-êng vµ gi¸ thµnh nhiªn liƯu nµy cßn cao nªn h¹n chÕ vỊ
mỈt sư dơng, c¸c nhiªn liƯu tỉng hỵp tõ khÝ thiªn nhiªn ®ang ®-ỵc nghiªn cøu,
nhiªn liƯu khÝ hydro cho « t« ch-a cã triĨn väng øng dơng do c«ng nghƯ vµ gi¸
thµnh.
Sù ph¸t triĨn cđa « t« sư dơng ®iƯn vµ pin nhiªn liƯu phơ thc vµo kh¶ n¨ng
ph¸t triĨn, hoµn thiƯn c¸c lo¹i ®éng c¬ trun thèng vµ sư dơng c¸c ngn nhiªn
liƯu s¹ch thay thÕ c¸c ngn nhiªn liƯu láng hiƯn nay ®Ĩ lµm gi¶m « nhiƠm m«i
tr-êng. C¸c u tè cÇn quan t©m ®Ĩ xem xÐt gåm dù b¸o chÊt l-ỵng cđa hƯ thèng
vËn chun kh¸ch c«ng céng vµ gi¸ thµnh cđa pin nhiªn liƯu víi c¸c lo¹i nhiªn liƯu
thay thÕ kh¸c ®Ĩ ®¹t cïng møc ®é gi¶m NOx. KÕt qu¶ nghiªn cøu cho thÊy trong
vßng 10 n¨m tíi, kü tht lµm gi¶m NOx b»ng c¸ch c¶i thiƯn ®éng c¬ diesel, sư
dơng LPG vµ khÝ thiªn nhiªn rỴ h¬n lµ sư dơng pin nhiªn liƯu. Trong t-¬ng lai dµi
h¬n th× viƯc gi¶m NOx b»ng c¸ch sư dơng pin nhiªn liƯu trªn xe bt sÏ cã gi¸
thµnh t-¬ng ®-¬ng víi viƯc c¶i thiƯn ®éng c¬ diesel ®Ĩ ®¹t cïng møc ®é hiƯu qu¶.

§Ĩ ®¹t ®-ỵc cïng tÝnh n¨ng kinh tÕ vµ møc ®é ph¸t « nhiƠm ®èi víi ®éng c¬ sư
dơng LPG th× trong thËp niªn 2010, gi¸ nhiªn liƯu hydro ph¶i gi¶m ®i 50% vµ gi¸
thµnh pin nhiªn liƯu ph¶i gi¶m ®i 30% so víi gi¸ c¶ hiƯn nay. V× vËy trong vßng 2
thËp niªn tíi, « t« ch¹y b»ng pin nhiªn liƯu vÉn ch-a cã lỵi thÕ c¹nh tranh so víi
c¸c lo¹i nhiªn liƯu thay thÕ.
V× vËy trong ®iỊu kiƯn cđa n-íc ta tõ nay ®Õn 2020, « t« lai hai chç ngåi
ch¹y b»ng ®iƯn kÕt hỵp víi viƯc n¹p ®iƯn bỉ sung b»ng ®éng c¬ nhiƯt ch¹y b»ng khÝ
dÇu má hãa láng LPG lµ phï hỵp nhÊt. ThËt vËy nh- ®· ph©n tÝch trªn ®©y, c¬ së
h¹ tÇng cđa chóng ta ch-a ®-ỵc ph¸t triĨn nªn chØ phï hỵp víi « t« c¸ nh©n cã kÝch
th-íc bÐ. VỊ mỈt n¨ng l-ỵng th× ®iƯn n¨ng cđa chóng ta ®-ỵc s¶n xt chđ u
b»ng thđy ®iƯn (n¨ng l-ỵng t¸i sinh) vµ chđ ®éng ngn cung cÊp khÝ dÇu má ho¸
láng LPG. HiƯn nay chóng ta cã nhµ m¸y s¶n xt ga Dinh Cè vµ trong t-¬ng lai
gÇn nhµ m¸y läc dÇu ®Çu tiªn cđa ViƯt Nam ë Dung Qc ®i vµo ho¹t ®éng, s¶n
l-ỵng khÝ ®ång hµnh cđa nhµ m¸y lµ ngn cung cÊp nhiªn liƯu LPG. MỈt kh¸c c¸c
nhµ m¸y tinh lun khÝ thiªn nhiªn còng lµ ngn cung cÊp lo¹i nhiªn liƯu nµy nªn
kh¶ n¨ng ®éc lËp nhiªn liƯu LPG cđa chóng ta còng rÊt lín.
7


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

Nhu cÇu sư dơng « t« trong t-¬ng lai lµ xu thÕ tÊt u cđa x· héi ph¸t triĨn.
N-íc ta cã thÞ tr-êng néi ®Þa lín víi h¬n 80 triƯu d©n. Cho tíi nay, thÞ tr-êng nµy
hÇu nh- vÉn cßn nguyªn vĐn. Trong xu thÕ hßa nhËp kinh tÕ khu vùc (AFTA) vµ
thÕ giíi (WTO), thÞ tr-êng néi ®Þa cđa n-íc ta ch¾c ch¾n sÏ lµ m¶nh ®Êt mµu mì
®èi víi c¸c nhµ s¶n xt « t« thÕ giíi. ViƯc th©m nhËp å ¹t « t« bªn ngoµi cã kÝch
cì kh«ng phï mét mỈt sÏ g©y ra nh÷ng vÊn n¹n vỊ ¸ch t¾t giao th«ng vµ mỈt kh¸c
lµm mÊt thÞ phÇn ®èi víi mét s¶n phÈm c«ng nghiƯp quan träng cđa ®Êt n-íc. V×

vËy, viƯc nghiªn cøu thiÕt kÕ tiÕn tíi s¶n xt mét chđng lo¹i « t« phï hỵp víi ®iỊu
kiƯn sư dơng trong n-íc cã ý nghÜa rÊt thiÕt thùc vµ cÊp b¸ch ®èi víi n-íc ta.
§Ị tµi " thiÕt kÕ hƯ thèng ®éng lùc « t« lai ®iƯn nhiƯt hai chç ngåi" ®Ỉt
nỊn t¶ng cho viƯc thiÕt kÕ vµ s¶n xt mét kiĨu « t« c¸ nh©n mang nh·n hiƯu ViƯt
Nam phï hỵp víi ®iỊu kiƯn giao th«ng trong n-íc, gi¸ thµnh võa ph¶i, cã hiƯu st
sư dơng n¨ng l-ỵng cao vµ møc ®é ph¸t « nhiƠm thÊp, gãp phÇn thùc hiƯn nhiƯm vơ
cÊp b¸ch nãi trªn nh»m ®Èy nhanh tiÕn tr×nh c«ng nghiƯp hãa, hiƯn ®¹i hãa ®Êt
n-íc. Nãi tãm l¹i, ®Ị tµi nµy lµ b-íc khëi ®Çu mµ tiÕp theo lµ thiÕt kÕ hoµn chØnh
vµ chÕ t¹o mét « t« c¸ nh©n t¹i ViƯt Nam víi mơc tiªu h-íng tíi lµ:
- N©ng cao ®iỊu kiƯn sèng cđa ng-êi d©n.
- TiÕt kiƯm n¨ng l-ỵng vµ gi¶m « nhiƠm m«i tr-êng trong giao th«ng vËn t¶i.
- T¹o ra mỈt hµng c«ng nghiƯp ®Ỉc thï mang lỵi thÕ c¹nh tranh lín.
- Ph¸t triĨn ngµnh c«ng nghiƯp s¶n xt « t« ë ViƯt Nam
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Phương pháp nghiên cứu để hoàn thành đề tài gồm có:
- Tham khảo tài liệu: thống kê, so sánh, phân tích, lựa chon.
- Thực nghiệm: Xác đònh các thông số, đường đặc tính, hiệu suất của
một số bộ phận của hệ thống động lực.

Hình 1-1: Ô tô 2 chỗ ngồi của Trung Quốc

Hình 1-2: Ô tô 2 chỗ ngồi của hãng Smart

8


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

Chương 2: TỔNG QUAN NỘI DUNG ĐỀ TÀI .
2.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ô TÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM :
2.1.1 Xu hướng phát triển ô tô trên thế giới:
Giao th«ng vËn t¶i nãi chung vµ vËn t¶i « t« nãi riªng lµ mét ngµnh quan träng
cđa qu¸ tr×nh ph¸t triĨn kinh tÕ x· héi cđa mçi qc gia còng nh- trªn toµn thÕ giíi.
Con ng-êi vµ c¸c s¶n phÈm s¶n xt trong x· héi lu«n cã xu h-íng di chun tõ
n¬i nµy ®Õn n¬i kh¸c. ChÝnh v× vËy mµ ngµnh giao th«ng vËn t¶i ®· ra ®êi. Vµ víi
quy lt ®ã, ngµnh giao th«ng vËn t¶i ®-ỵc xem lµ m¹ch m¸u cđa nỊn kinh tÕ qc
d©n.
¤ t« víi ®Ỉc ®iĨm cã tÝnh c¬ ®éng vµ linh ho¹t cao ®· trë thµnh ph-¬ng tiƯn rÊt
cÇn thiÕt trong ngµnh giao th«ng vËn t¶i. Cã thĨ nãi, « t« lµ mét thµnh viªn kh«ng
thĨ thiÕu cđa x· héi. ¤ t« ®· ®ãng gãp mét vai trß chÝnh trong sù ph¸t triĨn c«ng
nghiƯp vµ kinh tÕ, ®ång thêi nã cßn lµ ph-¬ng tiƯn n©ng cao tiƯn nghi ®êi sèng con
ng-êi vµ hç trỵ giao l-u ph¸t triĨn v¨n hãa x· héi. Tuy nhiªn, « t« còng tiªu thơ
mét l-ỵng n¨ng l-ỵng ®¸ng kĨ cđa dÇu má vµ g©y ra nghiªm träng vỊ « nhiƠm m«i
tr-êng. Sè l-ỵng xe « t« ®-ỵc sư dơng hiƯn nay trªn thÕ giíi kho¶ng 740 triƯu chiÕc
vµ ®-ỵc dù ®o¸n sÏ tiÕp tơc t¨ng thªm.
§Ĩ ph¸t huy -u ®iĨm vµ h¹n chÕ nh÷ng khut ®iĨm, « t« ngµy nay ®-ỵc c¸c
nhµ thiÕt kÕ, s¶n xt theo xu h-íng ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau:
- Tèi -u ho¸ hƯ thèng ®iỊu khiĨn vËn hµnh vµ n©ng cao tiƯn nghi trong xe.
- N©ng cao hiƯu st vµ gi¶m chÊt th¶i g©y « nhiĨm m«i tr-êng.
- Tõng b-íc sư dơng ngn n¨ng l-ỵng míi thay thÕ ngn n¨ng l-ỵng chÝnh
s¾p c¹n kiƯt lµ dÇu má.
Trong thêi gian gÇn ®©y, c¸c nhµ s¶n xt « t« hµng ®Çu trªn thÕ giíi nhToyota, Honda,... ®· tung ra thÞ tr-êng nh÷ng thÕ hƯ « t« míi cã hiƯu st cao vµ
gi°m ®¸ng kĨ l­ỵng chÊt th°i g©y « nhiĨm m«i tr­êng ®­ỵc gäi l¯ “« t« lai”
(Hybrid - Car). Cã thĨ nãi, c«ng nghƯ lai lµ ch×a kho¸ më c¸nh cưa tiÕn vµo kû
nguyªn míi cđa nh÷ng chiÕc « t«, ®ã lµ « t« kh«ng g©y « nhiƠm m«i tr-êng hay
cßn gäi lµ « t« sinh th¸i (the ultimate eco-car). Xu h-íng ph¸t triĨn cđa ngµnh « t«
trªn thÕ giíi ®-ỵc m« t¶ nh- ë h×nh 2-1.
Tõ h×nh 2-1 ta nhËn thÊy, mét thÕ hƯ « t« míi ra ®êi cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn

viƯc c¶i tiÕn hc thay ®ỉi lo¹i ®éng c¬ l¾p ®Ỉt trªn nã. Cã thĨ ph©n ra lµm 4 nhãm
®éng c¬ chÝnh ®-ỵc dïng lµm ngn ®éng lùc cho « t« lµ ®éng c¬ x¨ng, ®éng c¬
®iªden, ®éng c¬ ®iƯn vµ ®éng c¬ sư dơng n¨ng l-ỵng thay thÕ nh- ®éng c¬ sư dơng
khÝ ®èt ho¸ láng LPG (Liquid Petroleum Gas) hc LNG (Liquid Nature Gas).
§éng c¬ x¨ng vµ ®iªden ®-ỵc xem lµ hai lo¹i ®éng c¬ trun thèng víi -u ®iĨm nỉi
tréi h¬n c¸c lo¹i ®éng c¬ kh¸c lµ viƯc cung cÊp nhiªn liƯu ®¬n gi¶n vµ nhanh
chãng. Tuy nhiªn hiƯu st cđa nã th× kh«ng cao vµ ®ång thêi g©y « nhiĨm m«i
tr-êng lín nhÊt. Hai lo¹i ®éng c¬ nµy ®· ®-ỵc c¶i tiÕn qua nhiỊu thÕ hƯ vµ ®· trë
nªn rÊt hiƯn ®¹i, nh-ng ®øng tr-íc nguy c¬ c¹n kiƯt cđa ngn dÇu má, cã thĨ nãi
®éng c¬ ch¹y b»ng x¨ng dÇu trun thèng kh«ng cã triĨn väng ph¸t triĨn trong
t-¬ng lai. §éng c¬ ®iƯn vµ ®éng c¬ khÝ ga (LPG hc LNG) tuy hiƯn nay cßn cã
9


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

mét sè h¹n chÕ nhÊt ®Þnh nh-ng ®©y lµ hai lo¹i ®éng c¬ cã nhiỊu -u ®iĨm cã thĨ
thay thÕ hai lo¹i ®éng c¬ trun thèng trong nh÷ng n¨m tíi. Trong nh÷ng n¨m gÇn
®©y, mét thÕ hƯ ®éng c¬ míi ®-ỵc t¹o ra tõ ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ ®iƯn ®-ỵc gäi
lµ ®éng c¬ lai (Hybrid Engine) ®-ỵc l¾p ®Ỉt thµnh c«ng trªn xe du lÞch ®êi míi cđa
h·ng Toyota, Honda, ... §éng c¬ lai ®· ph¸t huy -u ®iĨm vµ ®ång thêi h¹n chÕ
nh-ỵc ®iĨm cđa mçi lo¹i ®éng c¬ thµnh phÇn. §©y lµ lo¹i ®éng c¬ ®-ỵc xem lµ tèt
nhÊt hiƯn nay.
¤ t« sinh th¸i
The ultimate eco-car

C«ng nghƯ lai –Hybrid Technology

N¨ng l-ỵng
thay thÕ

§éng c¬
§iªden

1. HSD: Hybrid Synergy Drive Lai vËn hµnh hiƯp trỵ.
2. FCHV: Fuel Cell Hybrid
Vehicle - Xe lai pin nhiªn liƯu.
3. HV: Hybrid Vehicle - Xe lai.
4. THS: Toyota Hybrid System HƯ thèng lai cđa Toyota.
5. DPNR: Diesel Particulate NOX
Reduction - §éng c¬ ®iªden
gi¶m NOX vµ mi than.
6. D-4: Direct Injection 4 stroke Phun trùc tiÕp 4 nhÞp.

§éng c¬
X¨ng

§éng c¬
§iƯn

7. DPR: Diesel Particulate active
Reduction System - §éng c¬
®iªden víi hƯ thèng gi¶m hiƯu
qu¶ mi than.
8. Electric Vehicle - Xe ®iƯn.
9. CNG: Compressed Natural
Gas - KhÝ ®èt thiªn nhiªn nÐn
láng.

10. VVT-i: Variable Valve
Timing with intelligence Thay ®ỉi thêi gian ®ãng më
xupap th«ng minh.

H×nh 2-1: Xu h-íng ph¸t triĨn « t« cđa thÕ giíi.
Trªn h×nh 2-1, vÞ trÝ s¾p xÕp cđa c¸c thÕ hƯ ®éng c¬ theo chiỊu cao thĨ hiƯn
thêi ®iĨm ra ®êi cđa nã, cßn c¸c chØ sè kÌm theo chØ thø tù xÕp lo¹i theo -u ®iĨm
cđa mçi lo¹i ®éng c¬. Râ rµng, ®éng c¬ lai x¨ng - ®iƯn vËn hµnh hiƯp trỵ HSD
(Hybrid Synergy Drive) ®-ỵc xÕp lo¹i lµ lo¹i ®éng c¬ cã -u ®iĨm ®øng ®Çu hiƯn
nay. §éng c¬ HSD cßn ®-ỵc gäi lµ ®éng c¬ THS II (Toyota Hybrid System II).
Toyota cã mét lÞch sư dµi l©u cđa sù c¶i tiÕn liªn tơc nh÷ng ®éng c¬ trun
thèng, bao gåm sù nh÷ng ®éng c¬ x¨ng ch¸y nghÌo, nh÷ng ®éng c¬ x¨ng phun trùc
10


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

tiÕp vµ ®éng c¬ diesel phun trùc tiÕp ray chung (common rail) - còng nh- nh÷ng
®éng c¬ sư dơng nhiªn liƯu thay thÕ, ch¼ng h¹n nh- khÝ ®èt thiªn nhiªn nÐn láng
(CNG) hc ®iƯn ( EV). Vµo th¸ng 12 n¨m 2002, Toyota giíi thiƯu mét sè l-ỵng
h¹n chÕ mÉu xe Toyota FCHV (Xe Lai Pin Nhiªn liƯu) ch¹y b»ng hy-®r« cao ¸p.
§©y còng lµ s¶n phÈm míi cđa Toyota t×m kiÕm ®-ỵc cho dù ¸n « t« sinh th¸i (ecocar). Nh÷ng kü s- cđa Toyota ®Ịu cho r»ng c«ng nghƯ lai lµ cèt lâi cho sù ph¸t
triĨn « t« eco-car. C«ng nghƯ quan träng nµy sÏ ®-ỵc Toyota ph¸t triĨn ®Ĩ gi¶m bít
gi¸ thµnh vµ nhanh chãng th-¬ng m¹i hãa øng dơng cđa nã. Mét trong nh÷ng tiªu
chn ®Ĩ ®¸nh gi¸ mét sù kiƯn kü tht míi trªn « t« trong t-¬ng lai lµ hiƯu st
toµn phÇn. §iỊu ®ã biĨu thÞ hiƯu qu¶ toµn bé cđa mét ngn n¨ng l-ỵng, tõ sù trÝch
ra tíi khi nã lµm quay b¸nh xe chđ ®éng cđa xe. Nh÷ng c«ng nghƯ lai cđa Toyota
®· lµm t¨ng thªm hiƯu st vỊ c¬ b¶n cho nh÷ng ®éng c¬ trun ®éng « t« mµ ®Ønh

cao hiƯn nay lµ ®éng c¬ lai vËn hµnh hiƯp trỵ HSD hay cßn ®-ỵc gäi lµ THS II.
§Ỉc ®iĨm quan träng cđa ®éng c¬ lai HSD lµ nã cã thĨ sư dơng phèi hỵp ®éng
c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ ®iƯn trong bÊt kú t×nh hng nµo vµ thËm chÝ võa ch¹y võa n¹p
®iƯn cho nã. M« h×nh « t« víi ký hiƯu SU - HV1 gÇn ®©y nhÊt cđa Toyota m« t¶ nÐt
®Ỉc tr-ng mét HƯ thèng Lai HSD ®· øng dơng thµnh c«ng cho c«ng st ph¸t ra lín
®Õn 120kW cđa mét ®éng c¬ V6 vµ mét ®éng c¬ ®iƯn 50 kW. Víi mét ®éng c¬ V6
(3,3 lÝt) sư dơng c«ng nghƯ lai nµy cã thĨ ®em l¹i hiƯu qu¶ ngang b»ng ®éng c¬ V8
(4,4 lÝt) víi hiƯu st chÊt ®èt vµ sù ph¸t x¹ chÊt g©y « nhiƠm ë møc cho phÐp cđa «
t« tèt gÊp hai lÇn. Toyota sÏ ph¸t triĨn h¬n n÷a nh÷ng øng dơng cđa c«ng nghƯ lai
bëi v× Toyota tin t-ëng r»ng ®©y lµ mét c«ng nghƯ cèt lâi. Nh÷ng hƯ thèng lai cđa
Toyota cã thĨ tÝch hỵp víi nhiỊu lo¹i hƯ thèng trun ®éng - kh«ng nh÷ng ®éng c¬
x¨ng, mµ cßn c¶ ®éng c¬ ®i-ª-den, xe n¨ng l-ỵng thay thÕ, vµ c¶ xe pin nhiªn liƯu.
Vµ c«ng nghƯ lai HSD cđa Toyota lµ thiÕt thùc, m¹nh vµ linh ho¹t ®đ ®Ĩ t¨ng c-êng
b¶o vƯ m«i tr-êng vµ vËn hµnh hiƯu qu¶ cđa bÊt kú nh÷ng kiĨu « t« nµo, tõ « t« du
lÞch ®Õn xe t¶i nhá vµ c¶ xe ®¾c tiỊn. §©y míi chØ lµ sù khëi ®Çu, c«ng nghƯ lai
ch¾c ch¾n sÏ tiÕp tơc ®-ỵc ph¸t triĨn xa h¬n n÷a trong t-¬ng lai.
H×nh 2-2 giíi thiƯu Toyota Prius New lµ lo¹i ®Çu tiªn sư dơng Lai VËn hµnh
HiƯp trỵ HSD. M« h×nh nµy ®-ỵc thiÕt kÕ theo tiªu chn cđa NhËt víi hiƯu st
chÊt ®èt ®¹t ®-ỵc 35,5(km/L) (chu tr×nh kiĨm tra cđa NhËt), gÊp hai lÇn cđa Corolla
1,5 lÝt vµ hoµn toµn tu©n theo víi nh÷ng ®iỊu kiƯn Møc ph¸t x¹ Cùc thÊp nghiªm
ngỈt nhÊt (Ultra- Low Emissions Level) cđa NhËt b¶n. ë h×nh 2-3 vµ b¶ng 2-1 cho
ta thÊy hiƯu qu¶ c¸ch biƯt cđa c¸c lo¹i « t« lai so víi c¸c lo¹i « t« trun thèng.

H×nh 2-2: ¤ t« du lÞch Toyota Prius New
11


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

HiƯu st nhiƯt

New Prius (HSD)

C©n b»ng gi÷a hiƯu
st vµ kh¶ n¨ng gia
tèc cđa c¸c lo¹i « t«
trun thèng

Kh¶ n¨ng gia tèc
C¸c kiĨu xe hiƯn hµnh

H×nh 2-3: §å thÞ m« t¶ mèi liªn hƯ gi÷a hiƯu st vµ kh¶ n¨ng t¨ng tèc.
B¶ng 2-1: So s¸nh hiƯu st sư dơng nhiªn liƯu toµn phÇn cđa c¸c ®êi xe.
Xe ®éng c¬ x¨ng gÇn ®©y
Xe lai tr-íc ®©y
Xe lai ®êi sau
Toyota pin nhiªn liƯu FCHV
FCHV t-¬ng lai

HiƯu st biÕn ®ỉi
nhiªn liƯu (A%)
88
88
88
58
70

HiƯu st biÕn ®ỉi

thµnh c¬ n¨ng (B%)
16
32
37
50
60

HiƯu st toµn phÇn
(A%.B%)
14
28
32
29
42

Sau ®©y lµ ®Ỉc ®iĨm c¬ b¶n cđa 3 lo¹i ®éng c¬ n»m trong nhãm ®Çu cđa b¶ng
xÕp h¹n gåm: THS, THS II vµ FCHV.
a) HƯ Thèng Lai THS Cđa Toyota (Toyota Hybrid System):
Vµo th¸ng giªng n¨m 1997, Toyota c«ng bè b¾t ®Çu dù ¸n Toyota Eco-car.
B»ng mét c«ng viƯc cđa sù cè g¾ng nµy, Toyota ®· qut ®Þnh gi¶i qut ®-ỵc
nhiƯm vơ qc tÕ khã kh¨n cđa viƯc gi¶m bít sù ph¸t x¹ CO2 ®Ĩ ng¨n ngõa sù nãng
lªn cđa tr¸i ®Êt vµ t¨ng tèc sù ph¸t triĨn cđa xe lai víi mơc ®Ých ®¹t ®-ỵc hiƯu st
nhiªn liƯu cao h¬n so víi xe « t« trun thèng. Sau ®ã vµo th¸ng ba cđa cïng n¨m
®ã, Toyota c«ng bè hoµn thµnh cđa mét hƯ thèng trun ®éng míi gäi lµ HƯ thèng
Lai Toyota (Toyota Hybrid System - THS) cho sù sư dơng trong nh÷ng xe « t« hµnh
kh¸ch. HƯ thèng trun ®éng nµy kÕt hỵp mét ®éng c¬ x¨ng vµ mét ®éng c¬ ®iƯn
mµ nã kh«ng yªu cÇu sù n¹p ®iƯn ngoµi nh- nh÷ng xe « t« ®iƯn hiƯn nay. Nhiªn
liƯu n¹p l¹i cho xe lµ x¨ng nh- nh÷ng chiÕc xe « t« trun thèng. HƯ thèng nµy
còng ®¹t ®-ỵc gÇn gÊp hai lÇn hiƯu st nhiªn liƯu so víi nh÷ng ®éng c¬ x¨ng
trun thèng. THS ®-ỵc l¾p ®Ỉt trong xe « t« hµnh kh¸ch Prius, vµ ®· ®-ỵc giíi

thiƯu vµo th¸ng 12 n¨m 1997 t¹i thÞ tr-êng NhËt b¶n víi t- c¸ch lµ lo¹t s¶n phÈm
xe lai hµnh kh¸ch ®Çu tiªn trªn thÕ giíi. Vµo n¨m 2000, Prius b¾t ®Çu ®-ỵc tiÕp thÞ
ë h¶i ngo¹i. Prius ®· ®¹t ®-ỵc mét danh tiÕng lµ mét lo¹i xe « t« cã tÝnh s¸ng t¹o
cao víi sè l-ỵng b¸n ra réng kh¾p thÕ giíi v-ỵt h¬n 110.000 chiÕc. Trong lóc ®ã,
12


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

THS vÉn tiÕp tơc ®-ỵc ph¸t triĨn vµ trong n¨m 2001 Toyota cho ra ®êi m« h×nh
THS - C víi kÕt hỵp THS vµ CVT (continuously variable transmission - hƯ thèng
trun ®éng biÕn thiªn liªn tơc) ®-ỵc l¾p ®Ỉt trong xe t¶i nhá Estima Hybrid vµ
THS - M (mét hƯ thèng lai nhĐ) ®-ỵc l¾p ®Ỉt trong Crown, xe du lÞch ®¾c tiỊn, c¶
hai ®Ịu ®-ỵc b¸n ra cho thÞ tr-êng NhËt b¶n. Thµnh c«ng nµy ®· gãp phÇn rÊt lín
t¹o ra nh÷ng s¸ng kiÕn cho nh÷ng thÕ hƯ xe « t« cđa thÕ kû 21.
Ho¹t ®éng cđa hƯ thèng THS ®-ỵc m« t¶ nh- sau:
Khëi ®éng

Ch¹y b×nh th-êng

ChØ ch¹y
®éng c¬ ®iƯn

§éng c¬ x¨ng
vµ ®éng c¬ ®iƯn

T¨ng tèc

§éng c¬ x¨ng
vµ ®éng c¬ ®iƯn

Gi¶m tèc

Dõng

N¹p ®iƯn
cho ¾c quy

§éng c¬ x¨ng
tù ®éng t¾c

H×nh 2-4: M« t¶ ho¹t ®éng cđa ®éng c¬ THS
Khëi ®éng: ChØ ®éng c¬ ®iƯn ®-ỵc sư dơng cho khëi ®éng vµ tõ tèc ®é thÊp tíi
trung b×nh.
Ch¹y b×nh th-êng: Khi vËn t¶i kh¸ch, c¶ ®éng c¬ x¨ng lÉn ®éng c¬ ®iƯn ®Ịu
®iỊu khiĨn nh÷ng b¸nh xe chđ ®éng: c«ng xt ®éng c¬ x¨ng ®-ỵc chia ra gi÷a
nh÷ng b¸nh xe vµ mét m¸y ph¸t ®iƯn, mµ m¸y ph¸t ®iƯn nµy ®iỊu khiĨn ®éng c¬
®iƯn quay. Sù cung cÊp n¨ng l-ỵng lµ ®-ỵc kiĨm so¸t ®Ĩ lµm hiƯu st cùc ®¹i. TÊt
nhiªn, m¸y ph¸t còng n¹p l¹i ngn ¾c quy tõ c«ng st ®éng c¬ x¨ng d- thõa.
T¨ng tèc ®ét ngét: Ngn ¾c quy cïng bỉ sung thªm n¨ng l-ỵng ®Ĩ ®Èy m¹nh
trun c«ng st, khi ®ã ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ ®iƯn cïng cung cÊp søc kÐo ®Ĩ
c©n b»ng víi ®ßi hái cđa sù gia tèc.
Gi¶m tèc/Sù phanh: §éng c¬ ®iƯn ®ãng vai trß mét m¸y ph¸t ®iƯn ®-ỵc kÐo
bëi nh÷ng b¸nh xe cđa « t«. "HƯ thèng phanh lµm t¸i sinh" nµy kh«i phơc ®éng
n¨ng cđa « t« thµnh ®iƯn n¨ng vµ ®-ỵc cÊt gi÷ trong ngn ¾c quy hiƯu st cao.
Trong qu¸ tr×nh ho¹t, hƯ thèng THS t¹o mét mèi liªn hƯ chỈc chÏ gi÷a ®éng
c¬ ®iƯn vµ ®éng c¬ x¨ng. C¶ hai ®éng c¬ thµnh phÇn nµy kÕt hỵp ®-a ra c«ng st
hỵp lý theo ®ßi hái cđa phơ t¶i lµm cho ho¹t ®éng cđa xe tiƯn nghi vµ an toµn ë

hiƯu qu¶ cao nhÊt cã thĨ cã.
HƯ thèng THS cã 3 kiĨu liªn kÕt cđa hai ®éng c¬ thµnh phÇn, ®ã lµ kiĨu nèi
tiÕp, kiĨu song song vµ kiĨu hçn hỵp.
- KiĨu lai nèi tiÕp: §éng c¬ ®iƯn ®iỊu khiĨn nh÷ng b¸nh xe; c«ng viƯc duy
nhÊt cđa ®éng c¬ x¨ng lµ sÏ kÐo m¸y ph¸t ®iƯn ®Ĩ ph¸t sinh ra ®iƯn n¨ng. KiĨu lai
nµy ®-ỵc m« t¶ nh- ë h×nh 2-5.
- KiĨu lai song song: §éng c¬ x¨ng thùc hiƯn ®iỊu khiĨn chÝnh nh÷ng b¸nh
xe; ®éng c¬ ®iƯn sÏ gióp ®ì cho gia tèc. S¬ ®å cÊu t¹o cđa hƯ thèng nµy thĨ hiƯn ë
h×nh 2-6.
- KiĨu lai hçn hỵp: HƯ thèng nµy cã mét bé phËn gäi lµ "thiÕt bÞ ph©n chia
c«ng st" chun giao mét tû lƯ biÕn ®ỉi liªn tơc c«ng st cđa ®éng c¬ x¨ng vµ
®éng c¬ ®iƯn ®Õn c¸c b¸nh xe chđ ®éng. Tuy nhiªn xe cã thĨ ch¹y theo "kiĨu ªm
dÞu" chØ víi mét m×nh ®éng c¬ ®iƯn. S¬ ®å cÊu t¹o nh- ë h×nh 2-7.
13


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

Dßng c¬ n¨ng
Dßng ®iƯn n¨ng

KS. Nguyễn Quân

¾c quy
Bé chun
®ỉi ®iƯn

§éng c¬ x¨ng
§éng c¬
®iƯn

M¸y ph¸t ®iƯn
B¸nh r¨ng
gi¶m tèc

B¸nh xe
chđ ®éng

H×nh 2-5: HƯ thèng lai nèi tiÕp.
Dßng c¬ n¨ng
Dßng ®iƯn n¨ng
C¬ cÊu
§éng c¬ x¨ng trun ®éng

¾c quy
Bé chun
®ỉi ®iƯn
§éng c¬
®iƯn

B¸nh r¨ng
gi¶m tèc

B¸nh xe
chđ ®éng

H×nh 2-6: HƯ thèng lai song song.
Dßng c¬ n¨ng
Dßng ®iƯn n¨ng
M¸y ph¸t ®iƯn

¾c quy
Bé chun
®ỉi ®iƯn

§éng c¬ x¨ng
§éng c¬
®iƯn
Bé ph©n chia
c«ng st
B¸nh r¨ng
gi¶m tèc

B¸nh xe
chđ ®éng

H×nh 2-7: HƯ thèng lai hçn hỵp.
14


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

¤ t« lai sư dơng hƯ thèng phanh t¸i sinh. HƯ thèng phanh nµy kÕt hỵp qu¸
tr×nh h·m thn nghÞch cđa ®éng c¬ ®iƯn víi hƯ thèng phanh thủ lùc trun thèng.
Nhê vËy mµ « t« cã thĨ t¸i sinh l¹i n¨ng l-ỵng n¹p vµo ¾c quy, ®ång thêi b¶o ®¶m
an toµn tèt nhÊt cho ng-êi sư dơng. Mèi liªn hƯ nµy ®-ỵc thùc hiƯn th«ng qua bé
®iỊu khiĨn ®iƯn tư ECU. S¬ ®å hƯ thèng ®-ỵc m« t¶ ë h×nh 2-8.
.

Động
cơ
xăng
Bộ chia
công suất
Bánh răng
giảm tốc

Bộ điều khiển
hệ thốngphanh
Vò trí bàn
đạp phanh

Bầu phanh
chính

Phanh
thuỷ lực

Máy phát điện

Phanh
tái sinh

Nguồn
ắc quy

Động
Bộ điều khiển
cơ

công suất
điện
Bộ điều khiển
trung tâm

H×nh 2-8: HƯ thèng phanh cđa « t« lai THS.
¦u vµ nh-ỵc ®iĨm cđa 3 kiĨu lai cđa hƯ thèng THS ®-ỵc so s¸nh ë b¶ng 2-2.
B¶ng 2-2: So s¸nh -u nh-ỵc ®iĨm gi÷a 3 kiĨu hƯ thèng lai.
KiĨu lai

Sù c¶i tiÕn tiÕt kiƯm nhiªn liƯu
Sù dõng
Ho¹t ®éng
LÊy l¹i
Tỉng hiƯu
kh«ng t¸i
hiƯu st
n¨ng l-ỵng
st
sinh
cao

Sù thùc hiƯn trun ®éng
C«ng st
Gia tèc
ph¸t ra cao
liªn tơc

Nèi tiÕp
Song song

Hỉn hỵp
Tut vêi

Cao cÊp h¬n

Cã bÊt lỵi

b) HƯ Thèng Lai Toyota THS ii:
X©y dùng trªn nỊn t¶n cđa THS, Toyota ®· ph¸t triĨn ý t-ëng míi cho hƯ
thèng lai VËn hµnh HiƯp trỵ (Hybrid Synergy Drive) gäi lµ HSD hc THS II, víi
mơc ®Ých ®¹t ®-ỵc nh÷ng møc cao cđa tÝnh t-¬ng thÝch víi m«i tr-êng vµ t¨ng dÇn
c«ng st ®Çu ra cđa ®éng c¬ ®iƯn lªn 1,5 lÇn, t¨ng hiƯu ®iƯn thÕ lín cho ngn
®iƯn cung cÊp vµ ®¹t ®-ỵc c¶i tiÕn quan träng trong hƯ thèng ®iỊu khiĨn.
Trong mét hƯ thèng trun lùc trun thèng, cã mét sù c©n b»ng gi÷a c«ng
st vµ hiƯu st. NÕu ta cè g¾ng n©ng cao mét trong hai, th× c¸i cßn l¹i sÏ gi¶m.
HƯ thèng lai THS II th¸o gì ®-ỵc mèi quan hƯ nµy. HiƯu qu¶ mµ hƯ thèng lai THS
II ®¹t ®-ỵc nhê n©ng cao ®iƯn ¸p cđa hƯ thèng lai tíi mét cùc ®¹i 500V (t¨ng thªm
h¬n 274V so víi hƯ thèng Prius tr-íc ®©y). Mét ®iƯn ¸p cao h¬n cã nghÜa r»ng
15


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

c«ng st mµ ngn ®iƯn cung cÊp cho ®éng c¬ ®iƯn sÏ sư dơng mét dßng ®iƯn nhá
h¬n ®Ĩ gi¶m nhiƯt n¨ng to¶ ra trªn d©y dÉn, do ®ã t¨ng thªm hiƯu st cđa hƯ
thèng. Hc, nÕu dßng ®iƯn ®-ỵc gi÷ nh- cò, ®iƯn ¸p cao h¬n sÏ t¨ng c«ng st
ph¸t ra cđa ®éng c¬ ®iƯn.

H×nh 2-9: §éng c¬ lai THS II.
Ngoµi m¹ch ®iƯn ®iƯn ¸p cao ra, hƯ thèng THS II còng tËn dơng mét hiƯu st
cao h¬n cđa ngn ¾c quy, ®ång thêi tèc ®é quay cđa ®éng c¬ ®iƯn vµ m¸y ph¸t
®iƯn còng ®-ỵc n©ng cao h¬n. Mét s¸ng kiÕn míi n÷a trªn THS II lµ t¨ng thªm søc
kÐo cđa ®éng c¬ nhê ph-¬ng ph¸p bï trõ lỵi thÕ cđa thiÕt bÞ ph©n chia c«ng st
gi÷a m¸y ph¸t ®iƯn vµ c¸c b¸nh xe chđ ®éng vµ ®· gióp cho l¸i xe c¶m thÊy tho¶i
m¸i vµ an toµn h¬n.
HƯ thèng Lai THS II cã bèn ®Ỉc tr-ng sau:
- Gi¶m sù mÊt m¸t n¨ng l-ỵng: HƯ thèng tù ®éng dõng ®éng c¬ x¨ng khi
kh«ng t¶i, nh- vËy gi¶m bít sù l·ng phÝ n¨ng l-ỵng khi ®éng c¬ ch¹y kh«ng t¶i.
- Kh«i phơc vµ sư dơng l¹i n¨ng l-ỵng: N¨ng lng mµ b×nh th-êng bÞ biÕn
thµnh nhiƯt trong st trong thêi gian gi¶m tèc ®é vµ phanh ®· ®-ỵc kh«i phơc
thµnh n¨ng l-ỵng ®iƯn n¹p l¹i cho ngn ¾c quy, mµ råi sau ®ã ®-ỵc cung cÊp cho
®éng c¬ ®iƯn ®Ĩ xt ph¸t vµ hỉ trỵ t¨ng tèc.
- §éng c¬ ®iƯn hỉ trỵ t¨ng tèc: §éng c¬ ®iƯn gióp ®ì ®éng c¬ x¨ng trong st
thêi gian gia tèc.
- §iỊu khiĨn ho¹t ®éng hiƯu st cao: HƯ thèng lµm cùc ®¹i hiƯu st toµn bé
cđa xe « t« bëi viƯc chØ sư dơng ®éng c¬ ®iƯn ®Ĩ ch¹y xe « t« d-íi nh÷ng ®iỊu kiƯn
ho¹t ®éng mµ trong ®ã hiƯu st cđa ®éng c¬ x¨ng lµ thÊp vµ ng-ỵc l¹i ë ®iỊu kiƯn
ho¹t ®éng trong ®ã hiƯu st cđa ®éng c¬ x¨ng lµ cao, c«ng st d- thõa sÏ ®-ỵc
t¹o thµnh ®iƯn n¨ng n¹p l¹i cho bé ngn ¾c quy.
Ho¹t ®éng cđa ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ ®iƯn trong mçi hƯ thèng ®-ỵc m« t¶
nh- ë biĨu ®å h×nh 2-10. BiĨu ®å nµy cho thÊy tû lƯ cđa sù sư dơng gi÷a ®éng c¬
x¨ng vµ ®éng c¬ ®iƯn kh¸c nhau phơ thc vµo hƯ thèng lai. Tõ mét hƯ thèng lai
nèi tiÕp sư dơng ®éng c¬ x¨ng cđa nã ®Ĩ ph¸t ®iƯn cho ®éng c¬ ®iƯn ®iỊu khiĨn kÐo
nh÷ng b¸nh xe chđ ®éng, ®éng c¬ x¨ng vµ ®éng c¬ ®iƯn lµm viƯc cïng mét l-ỵng
cđa thêi gian. Mét hƯ thèng lai song song sư dơng ®éng c¬ x¨ng nh- ngn søc
m¹nh chÝnh, ®éng c¬ ®iƯn chØ cã cung cÊp søc kÐo trong thêi gian gia tèc. Bëi vËy,
16

Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

®éng c¬ x¨ng ®-ỵc sư dơng nhiỊu h¬n ®éng c¬ ®iƯn. Cßn trong mét hƯ thèng lai
hçn hỵp (THS trong Prius), mét thiÕt bÞ chia c«ng st ph©n chia c«ng st ®éng c¬
ra tõng phÇn, v× vËy tû lƯ cđa c«ng st ®i trùc tiÕp tíi c¸c b¸nh xe chđ ®éng vµ tíi
m¸y ph¸t ®iƯn lµ thay ®ỉi liªn tơc. §éng c¬ ®iƯn cã thĨ ch¹y ra ®iƯn nh- mét m¸y
ph¸t ®iƯn nªn ®éng c¬ ®iƯn ®-ỵc sư dơng nhiỊu h¬n so víi ®éng c¬ x¨ng.

KiĨu lai
nèi tiÕp

§éng c¬ x¨ng
§éng c¬ ®iƯn

KiĨu lai
song song
KiĨu lai
hçn hỵp

§éng c¬ x¨ng

§éng c¬ x¨ng
Tèc ®é cao

§éng c¬ ®iƯn

§éng c¬ ®iƯn

Tèc ®é thÊp

H×nh 2-10: Tû lƯ sư dơng c«ng st gi÷a hai lo¹i ®éng c¬ thµnh phÇn.
Nguyªn lý lµm viƯc cđa THS II còng t-¬ng tùa nh- ë hƯ thèng THS. M« h×nh
cÊu t¹o cđa nã ®-ỵc m« t¶ ë h×nh 2-11. TÊt c¶ c¸c bé phËn c¬ b¶n cđa THS II ®·
®-ỵc ph¸t triĨn bëi Toyota theo mét c¸ch riªng cđa nã. M¹ch ®iƯn ®iƯn ¸p cao,
®éng c¬ ®iƯn, m¸y ph¸t ®iƯn vµ ngn ¾c quy ®· ®-ỵc thiÕt kÕ l¹i thËt tèi -u. HƯ
thèng gåm cã hai lo¹i ngn c«ng st, mét ®éng c¬ x¨ng hiƯu st cao kiĨu chu
tr×nh Atkinson (chu tr×nh tû sè nÐn cao), kÕt hỵp víi mét ®éng c¬ ®iƯn xoay chiỊu
(AC) ®ång bé nam ch©m vÜnh cưu víi c«ng st ph¸t ra gÊp 1,5 lÇn so víi hƯ thèng
THS tr-íc ®©y. Ngoµi ra, hƯ thèng cßn cã mét m¸y ph¸t ®iƯn, mét bé ngn ¾c quy
Niken - Hy®rua kim lo¹i (Ni-MH) hiƯu st cao vµ mét ®iỊu khiĨn c«ng st tèi -u.
Ngn ¾c quy
§éng c¬ x¨ng
M¸y ph¸t ®iƯn

Bé ®iỊu khiĨn
c«ng st
Bé ph©n chia
c«ng st
B¸nh r¨ng
gi¶m tèc

§éng c¬ ®iƯn

H×nh 2-11: CÊu h×nh cđa mét hƯ thèng THS II.
17


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

HƯ thèng THS II cã mét sè ®iĨm kh¸c biƯt ®èi víi hƯ thèng THS nh- sau:
- HƯ thèng ®iƯn cã ®iƯn ¸p cao h¬n:
M¹ch ®iƯn ®iƯn ¸p cao lµ mét c«ng nghƯ míi trong hƯ thèng THS II. Nhê ®iỊu
kiƯn ph¸t triĨn mét m¹ch ®iƯn ®iƯn ¸p cao míi bªn trong bé ®iỊu khiĨn, ®iƯn ¸p cđa
®éng c¬ ®iƯn vµ m¸y ph¸t ®iƯn ®· ®-ỵc t¨ng lªn 500V. Do ®ã, ngn ®iƯn cã thĨ
cung cÊp cho ®éng c¬ ®iƯn mét dßng ®iƯn nhá h¬n víi c«ng st kh«ng ®ỉi, nhê
vËy gãp phÇn ®Ĩ t¨ng hiƯu st cđa hƯ thèng. So s¸nh ®iƯn ¸p gi÷a hai hƯ thèng
THS vµ THS II ®-ỵc m« t¶ nh- ë h×nh 2-12.

H×nh 2-12: HƯ thèng ®iƯn ®iƯn ¸p cao cđa THS II.
- §éng c¬ ®iƯn kiĨu xoay chiỊu ®ång bé c«ng st cao:
§éng c¬ ®iƯn ®· ®-ỵc ph¸t triĨn dùa vµo nh÷ng c«ng nghƯ mµ Toyota ®· nu«i
d-ìng trong khi thiÕt kÕ cho nh÷ng xe « t« ®iƯn. THS II sư dơng mét ®éng c¬ ®iƯn
kiĨu AC ®ång bé nam ch©m vÜnh cưu, mµ còng chÝnh lµ mét m« t¬ DC kh«ng chỉi
than hiƯu st cao sư dơng dßng AC. Nh÷ng nam ch©m Neo®im (nh÷ng nam vÜnh
cưu) ®-ỵc bè trÝ trong mét r« to lµm tõ thÐp ®iƯn tõ máng ghÐp l¹i t¹o thµnh mét
®éng c¬ ®iƯn hiƯu st cao. H¬n n÷a, nhê s¾p xÕp nh÷ng nam ch©m vÜnh cưu trong
mét sù tèi -u h×nh ch÷ V, m« men xo¾n dÉn ®éng ®-ỵc c¶i thiƯn vµ c«ng st ®Çu
ra lµ ®-ỵc t¨ng. KÕt hỵp víi ®iƯn ¸p cao cđa bé cung cÊp ®iƯn, c«ng st ph¸t ra lín
nhÊt cđa ®éng c¬ ®iƯn ®-ỵc t¨ng lªn kho¶ng xÊp xØ gÊp 1,5 lÇn so víi ë hƯ thèng
THS, cơ thĨ lµ tõ 33KW tíi 50kW víi kÝch th-íc cđa ®éng c¬ ®iƯn gièng nhau. Cã
thĨ nãi ®©y lµ mÉu ®éng c¬ ®iƯn s¶n sinh ra c«ng st trªn mét ®¬n vÞ träng l-ỵng
(thĨ tÝch) cao nhÊt cđa thÕ giíi. §Ĩ ®iỊu khiĨn ®éng c¬ ®iƯn, mét ph¸t triĨn míi h¬n
lµ hƯ thèng ®iỊu khiĨn ®iỊu biÕn ®· ®-ỵc thªm vµo ë vïng tèc ®é trung b×nh, kh¸c
víi ph-¬ng ph¸p tr-íc ®©y lµ chØ ®iỊu khiĨn ë tèc ®é thÊp vµ cao. Nhê viƯc c¶i tiÕn
ph-¬ng ph¸p c¶i biÕn ®é réng xung, c«ng st ph¸t ra tỉng céng c¶ hai ®éng c¬ cđa
hƯ thèng THS II trong ph¹m vi tèc ®é trung b×nh ®· ®-ỵc t¨ng thªm mét l-ỵng lín

nhÊt xÊp xØ 30 %.
18


Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi.

KS. Nguyễn Quân

H×nh 2-13: VÞ trÝ l¾p ®Ỉt nam ch©m vÜnh cưu trong r« t« ®éng c¬ ®iƯn.
P(KW)

M(Nm)

n(v/ph)

n(v/ph)

H×nh 2-14: §-êng ®Ỉc tÝnh cđa hai hƯ thèng lai THS vµ THS II.
- Ngn ¾c quy cđa hƯ thèng lai:
Trong THS II, ngn ¾c quy Nickel - Hy®rua kim lo¹i ®¶m b¶o hiƯu n¨ng cao
vµ gän nhĐ. §Ĩ duy tr× mét sù tÝch n¹p ®iƯn kh«ng thay ®ỉi, ngn ¾c quy phãng
hc n¹p ®iƯn th«ng qua m¸y ph¸t vµ ®éng c¬ ®iƯn, vµ bëi vËy kh«ng yªu cÇu sù
n¹p ®iƯn tõ bªn ngoµi nh- ®èi víi xe « t« ®iƯn.

H×nh 2-15: Bé ¾c quy Ni-MH.
19