đề tài tốt nghiệp toyota prius hybrid 2004 2009

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Tên đề tài: Toyota Prius Hybrid 2004 - 2009

TÊN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
TOYOTA PRIUS HYBRID 2004 - 2009
DVHD: GV.KS. NGUYỄN TẤN LỘC
SVTH: TƠN HỒNG DŨNG
MSSV: 12145028
SVTH: NGUYỄN QUỐC KHÁNH
MSSV: 12145081

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 1 năm 2017

1


TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP. HỒ CHÍ MINH

Độc lập - Tự do – Hanh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên:

1. Tơn Hồng Dũng

MSSV: 12145028

2. Nguyễn Quốc Khánh

MSSV: 12145081

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô ,

Mã ngành đào tạo: 52510205

Hệ đào tạo: Đại học chính quy,

Mã hệ đào tạo:

Khóa: 2012-2016,

Lớp: 121451

1. Tên đề tài : Toyota Prius Hybrid 2004 - 2009
2. Nhiệm vụ đề tài :


Nghiên cứu về động cơ 1NZ-FXE.



Nghiên cứu về hệ thống điều khiển động cơ



Nghiên cứu về hệ thống điều khiển Hybrid.



Nghiên cứu về hộp số và hệ thống điều khiển hộp số trên xe Hybrid



Nghiên cứu về ắc quy HV và hệ thống điều khiển ắc quy HV

3. Sản phẩm của đề tài : đề tài lý thuyết
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: ngày 30, tháng 11, năm 2016
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày 9, tháng 1, năm 2017

TRƢỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

2


TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

Tên đề tài: Toyota Prius Hybrid 2004 - 2009
Họ tên sinh viên:

1. Tơn Hồng Dũng ,

MSSV: 12145028

2. Nguyễn Quốc Khánh,

MSSV: 12145081

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ơ tơ
I. NHẬNXÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn) :
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): …..............................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ....................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2017

Giảng viên hƣớng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

3


TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Tên đề tài: Toyota Prius Hybrid 2004 - 2009
Họ tên sinh viên:

1. Tơn Hồng Dũng ,

MSSV: 12145028

2. Nguyễn Quốc Khánh,

MSSV: 12145081

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ơ tơ
I. NHẬNXÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn) :

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): …..............................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ....................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2017
Giảng viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

4


TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Toyota Prius Hybrid 2004 - 2009
Họ tên sinh viên:

1. Tôn Hồng Dũng ,

MSSV: 12145028

2. Nguyễn Quốc Khánh,

MSSV: 12145081

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hƣớng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về. Đồ án tốt nghiệp đã đƣợc hoàn chỉnh đúng
theo yêu cầu về nội dung và hình thức.

Chủ tịch Hội đồng: ......................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Giảng viên hƣớng dẫn: ................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Giảng viên phản biện: ..................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2017

5


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế khơng có sự thành cơng nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Trong suốt thời gian từ
khi bắt đầu học tập tại trƣờng đến nay, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ
của quý Thầy Cơ, gia đình và bạn bè. Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý
Thầy Cô ở Khoa Cơ Khí Động Lực – Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật đã cùng với tri thức

và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời
gian học tập tại trƣờng. Và đặc biệt, trong học kỳ này. Nếu khơng có những lời hƣớng
dẫn, dạy bảo của thầy GV.KS. NGUYỄN TẤN LỘC thì em nghĩ bài luận văn tốt nghiệp
này của em rất khó có thể hồn thiện đƣợc. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy.
Bài luận văn tốt nghiệp thực hiện trong khoảng thời gian 6 tuần. Bƣớc đầu viết luận văn
còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, khơng tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc
chắn, em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quý báu của quý các Thầy trong
lĩnh vực này đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin gởi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật, đặc biệt là các thầy cơ khoa Khoa Cơ Khí Động Lực của
trƣờng đã tạo điều kiện cho em để em có thể hồn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp này.
Và em cũng xin chân thành cám ơn thầy GV.KS. NGUYỄN TẤN LỘC đã nhiệt tình
hƣớng dẫn hƣớng dẫn em hồn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp.
Trong q trình thực tập, cũng nhƣ là trong quá trình làm bài báo cáo thực tập, khó
tránh khỏi sai sót, rất mong các Thầy, Cơ bỏ qua. Đồng thời do trình độ lý luận cũng nhƣ
kinh nghiệm viết luận văn còn hạn chế nên bài luận văn không thể tránh khỏi những thiếu
sót, em rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp Thầy, Cô để em học thêm đƣợc nhiều kinh
nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP. HCM, ngày 10 tháng 1 năm 2017

SINH VIÊN THỰC HIỆN
Tôn Hoàng Dũng
Nguyễn Quốc Khánh
6


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................6

MỤC LỤC ............................................................................................................................7
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ..........................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................................10
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................12
Chƣơng 1. TỔNG QUAN .........................................................................................13
1.1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................13
1.2. Mục tiêu đề tài .........................................................................................................14
1.3. Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu ................................................................................15
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................15
1.5. Các vấn đề tập trung nghiên cứu .............................................................................15
Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU LÍ THUYẾT HOẶC THỰC NGHIỆM ....................15
2.1. Động cơ 1NZ - FXE ................................................................................................15
2.2. Hệ thống điều khiển động cơ ...................................................................................19
2.3. Hệ thống điều khiển Hybrid ....................................................................................55
2.4. Hộp số và hệ thống điều khiển hộp số Hybrid ........................................................76
2.5. Ắc quy HV và hệ thống điều khiển ắc quy HV .....................................................126
Chƣơng 3. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................148
4.1. Kết luận:.................................................................................................................157
4.2. Đề nghị ..................................................................................................................158
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................159

7


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
-

AV: Advanced Vehicle
ATM: Automatic Transmission
AT-PZEV: Advanced Technology Partial Zero Emission Vehicle

ALR: Automatic Locking Retractor
ACMG: A/C Magnetic Clutch
AHC: Active Height Control Suspension
ADD: Automatic Disconnecting Differential
ACM: Active Control (Engine) Mount
BEAN: Body Electronics Area Network
+B: Battery Positive Voltage
DLC1: Diagnostic Link Connector 1
DLC2: Diagnostic Link Connector 2
DLC3: Data Link Connector 3
ECM: Electronic Control Module
EV: Electric Vehicle
ETCS-i: Electronic Throttle Control System-intelligent
EPA : The United States Environmental Protection Agency
ENG: Engine
ECU: Electronic Control Unit
ECT: Electronic Controlled Transmission
E/G: Engine
HSD: Hybrid Synergy Drive
HV: Hybrid Vehicle
IGT: Ignition Timing
ICE: Internal Combustion Engine
IG: Ignition
IC: Integrated Circuit
IDL: Idle
IGF: Ignition Fail
MG1: Motor-Generator 1
MG2: Motor-Generator 2
MTM: Manual Transmission
MMT: Multi-mode Manual Transmission

PCS: Power Control System
PKB: Parking Brake
R/B: Relay Block
RLY: Relay
SOC: State-Of-Charge
8


-

STA: Starter Signal
SW: Switch
SULEV: Super Ultra Low Emissions Vehicle
TDCL:Toyota Diagnostic Communication Link
THS-II: Toyota Hybrid System – II
T/A: Transaxle
TCV: Timing Control Valve
T/M: Transmission
TMC: Toyota Motor Corporation
TCCS Toyota Computer Controlled System
TEMS Toyota Electronic Modulated Suspension
VTA: Throttle Valve Angle
VVT: Variable Valve Timing
VVT-I: Variable Valve Timing-Intelligent
VSC: Vehicle Skid Control
OCV: Oil Control Valve

9

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2. 1. Động cơ đốt trong xe Hybrid Toyota Prius ......................................................16
Hình 2. 2. Động cơ 1NZ – FE nhìn từ bên ngồi...............................................................17
Hình 2. 3. Vị trí các chi tiết trên động cơ. ........................................................................19
Hình 2. 4. Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp .............................................................................19
Hình 2. 5. Vị trí của cảm biến trên xe ................................................................................20
Hình 2. 6. Sơ đồ mạch điện cảm biến MAF ......................................................................20
Hình 2. 7. Cấu tạo cảm biến MAF .....................................................................................21
Hình 2. 8. Cảm biến nhiệt độ khí nạp ................................................................................21
Hình 2. 9. Vị trí cảm biến nhiệt độ khí nạp .......................................................................22
Hình 2. 10. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp ..................................................22
Hình 2. 11. Cảm biến nhiệt độ nƣớc ..................................................................................23
Hình 2. 12. Vị trí cảm biến nhiệt độ nƣớc trên động cơ ....................................................23
Hình 2. 13. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát ........................................24
Hình 2. 14. Cảm biến vị trí bƣớm ga .................................................................................25
Hình 2. 15. Vị trí cảm biến vị trí bƣớm ga trên động cơ ...................................................25
Hình 2. 16. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bƣớm ga ......................................................25
Hình 2. 17. Cấu tạo cảm biến vị trí bƣớm ga và đồ thị quan hệ góc mở bƣớm ga-điện áp
............................................................................................................................................26
Hình 2. 18. Cảm biến vị trí bàn đạp ga ..............................................................................27
Hình 2. 19. Cấu tạo của cảm biến và đồ thị thể hiện .........................................................28
Hình 2. 20. Cảm biến tiếng gõ ..........................................................................................29
Hình 2. 21. Vị trí cảm biến tiếng gõ trên động cơ .............................................................29
Hình 2. 22. Sơ đồ mạch cảm biến tiếng gõ ........................................................................30
Hình 2. 23. Vị trí cảm biến vị trí trục khuỷu trên động cơ ...............................................31
Hình 2. 24. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam-trục khuỷu ...................................31
Hình 2. 25. Vị trí của cảm biến vị trí trục khuỷu và tín hiệu NE.......................................32
Hình 2. 26. Vị trí của cảm biến vị trí trục khuỷu và tín hiệu NE.......................................33
Hình 2. 27. Bố trí cảm biến vị trí trục cam trên động cơ ...................................................33

Hình 2. 28. Mạch cảm biến vị trí trục cam ........................................................................34
Hình 2. 29. Bố trí cảm biến vị trí trục cam trên động cơ và tín hiệu G ............................35
Hình 2. 30. Sơ đồ mạch van điều khiển hệ thống kiểm sốt xả hơi xăng ..........................36
Hình 2. 31. Bơbin và Igniter .............................................................................................37
Hình 2. 32. Các chi tiết hệ thống đánh lửa ........................................................................37
Hình 2. 33. Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa ................................................................38
Hình 2. 34. Mạch đánh lửa.................................................................................................39
Hình 2. 35. Tín hiệu IGT và thời điểm đánh lửa sớm........................................................41
Hình 2. 36. Quan hệ tín hiệu IGF và hàm tín hiệu IGT, dòng sơ cấp ................................42
10


Hình 2. 37. Cấu tạo hệ thống điều khiển VVT-i ...............................................................42
Hình 2. 38. Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển VVT-i .........................................................43
Hình 2. 39. Sơ đồ điều khiển hệ thống VVT-i ...................................................................43
Hình 2. 40. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển thay đổi thời điểm phối khí .............44
Hình 2. 41. Mạch dầu điều khiển van VVT-i ...................................................................46
Hình 2. 42. Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng ...........................................................47
Hình 2. 43. Mạch điện điều khiển mơ tơ bƣớm ga ............................................................48
Hình 2. 44. Sơ đồ mạch giữ quay khởi động .....................................................................49
Hình 2. 45. Sơ đồ khối mạch van điều khiển dầu phối khí trục cam .................................50
Hình 2. 46. Sơ đồ mạch điện mơ tơ điều khiển bƣớm ga .................................................51
Hình 2. 47. Sơ đồ mạch điện kim phun nhiên liệu ...........................................................52
Hình 2. 48. Sơ đồ nguyên lý hoạt động xe Hybrid ............................................................70
Hình 2. 49. Sơ đồ bộ chuyển đổi tăng cƣờng. ...................................................................72
Hình 2. 50. Sơ đồ hệ thống bộ đổi điện. ............................................................................73
Hình 2. 51. Sơ đồ hệ thống ................................................................................................74
Hình 2. 52. Bơ đổi điện ......................................................................................................75
Hình 2. 53. Toyota 1NZ-FXE động cơ (trái) với đầu HSD, mặt cắt và đánh dấu (bên
phải). Thế hệ 1 / thế hệ 2, xích, ICE-MG1-MG2 điện Chia Device HSD đƣợc hiển thị. .94

Hình 2. 54. Sơ đồ kết nối các chi tiết của hộp số...............................................................95
Hình 2. 55. Sơ đồ mặt cắt hộp số .......................................................................................97
Hình 2. 56. Sơ đồ truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ động .........................................98
Hình 2. 57. Các bộ phận kết nối với bánh răng hành tinh .................................................98
Hình 2. 58. Bộ giảm chấn truyền động ..............................................................................99
Hình 2. 59. MG1 và MG2 ................................................................................................100
Hình 2. 60. Hệ thống làm mát MG1 và MG2 ..................................................................101
Hình 2. 61. Stato MG2 .....................................................................................................102
Hình 2. 62. MG2 ..............................................................................................................102
Hình 2. 63. Bộ giảm tốc ...................................................................................................103
Hình 2. 64. Bộ giảm tốc ...................................................................................................104
Hình 2. 65. Bộ vi sai ........................................................................................................104
Hình 2. 66. Bơm dầu ........................................................................................................105
Hình 2. 67. Cảm biến tốc độ ............................................................................................106
Hình 2. 68. Cảm biến tốc độ MG1 MG2 .........................................................................106
Hình 2. 69. Tính hiệu cảm biến tốc độ.............................................................................107
Hình 2. 70. Ắc quy ...........................................................................................................143
Hình 2. 71. Hệ thống làm mát ắc quy HV .......................................................................144
Hình 2. 72. Ắc quy phụ ....................................................................................................145
Hình 2. 73. Sơ đồ hệ thống điều khiển ắc quy .................................................................146
Hình 2. 74. Sơ đồ điều khiển SOC...................................................................................147

11


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2. 1: Động cơ 1NZ-FXE ..........................................................................................17
Bảng 2. 2: Sơ đồ mạch điện nguồn động cơ 1NZ-FXE .....................................................57
Bảng 2. 3: Mạch điện điều khiển nguồn của hệ thống Hybrid ..........................................89

Bảng 2. 4: Thông số kỹ thuật hộp số .................................................................................96
Bảng 2. 5: Các trạng thái hoạt động của hệ thống hộp số ...............................................109
Bảng 2. 6: Mạch điện nguồn hộp số ................................................................................131
Bảng 2. 7: Thông số kỹ thuật quạt làm mát ắc quy HV...................................................145
Bảng 2. 8: Mạch điện nguồn Ắc Quy ..............................................................................151

12


 Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài

Đƣợc phát minh vào khoảng 300 năm trƣớc bởi nhà phát minh ngƣời Pháp
Nicolas - Joseph Cugnot (1725-1804), xe ô tô ngày nay đã trở thành một trong những
phƣơng tiện giao thơng khơng thể thiếu trong xã hội lồi ngƣời. Cũng chính vì thế mà
tình trạng ơ nhiễm khơng khí do khí thải từ động cơ ơ tơ đang là một trong những vấn đề
nhức nhối của nhiều quốc gia hiện nay.


Để có thể giảm thiểu đƣợc ơ nhiễm mơi trƣờng từ ơ tơ, từ lâu đã có nhiều

giải pháp kỹ thuật mang nhiều hứa hẹn nhƣ: ô tô chạy điện, ô tô dùng pin nhiên liệu,
động cơ khí nén v.v... Tuy nhiên, những công nghệ kể trên vẫn chƣa thể đƣa vào sử dụng
đƣợc vì cịn nhiều giới hạn về công nghệ. Đối với ô tô chạy điện, việc nạp lại pin cần đến
ít nhất 4 giờ đồng hồ, khuyết điểm này giới hạn tầm sử dụng của ô tô chạy điện. Đối với
công nghệ fuel cell, hydro lỏng phải đƣợc lƣu trữ ở nhiệt độ cực thấp; vì thế chỉ có thể
thích hợp với những quốc gia có khí hậu băng giá. Cả hai cộng nghệ trên cùng vƣớng
phải một vấn đề chung đó là phải xây dựng lại toàn bộ hệ thống cơ sở cung cấp nhiên
liệu. Những sự giới hạn trên của hai công nghệ tƣơng lai này tạo ra một khoảng trống
giữa nhu cầu bảo về môi trƣờng và công nghệ ô tô truyền thống.



Fuel Cell, một giải pháp cho ơ tơ “sạch”nhƣng vẫn cịn nhiều giới hạn về

công nghệ. Gần đây một kỹ thuật chế tạo ô tô mới đã đƣợc ra đời nhằm phần nào tiết
kiệm nguồn năng lƣợng không tái sinh đƣợc (dầu hỏa) cũng nhƣ bảo vệ môi trƣờng trong
lúc công nghệ fuel cell và pin điện đƣợc hồn chỉnh. Cơng nghệ Hybrid là một giải pháp
đƣợc coi là thành công hiện nay và đã đƣợc đƣa vào thị trƣờng rộng rải ở các nƣớc phát
triển nhƣ Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản v.v...


Ngành công nghiệp ôtô trên thế giới đang đứng trƣớc một câu hỏi lớn: Làm

thế nào để sản xuất đƣợc loại xe ôtô không làm ô nhiễm môi trƣờng và tiết kiệm năng
lƣợng? Ơtơ Hydro, ơtơ điện, ơtơ pin mặt trời... đều không dễ thực hiện. Nhƣng giờ đây
ôtô Hybrid - dịng ơtơ dùng nguồn năng lƣợng tổ hợp - đã trả lời câu hỏi hóc búa trên.
Ơtơ Hybrid giảm hẳn lƣợng khí thải độc hại và giảm tới một nửa lƣợng tiêu thụ nhiên
liệu.


Vì vậy, trong năm 1993, Toyota đã đƣa ra một mục tiêu mới để xây dựng

một chiếc xe có lƣợng khí thải thấp cho một tƣơng lai sạch hơn.
13




Trong bốn năm ngắn ngủi một cuộc cách mạng công nghệ tiên phong đã

đƣợc sinh ra: Prius Hybrid.Có thể hiểu, trong một thế giới quen với việc lái xe ô tô xăng
và dầu diesel. Cho đến thời điểm này, các nhà sản xuất đã cố gắng trong nhiều thập kỷ để
khai thác các nguồn năng lƣợng thứ hai trên xe ô tô đó là năng lƣợng điện và họ đã từng
thất bại trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên trong năm 1997, Toyota lần đầu tiên đã thành
công khi vƣợt qua những thách thức kỹ thuật và sau đó ra mắt Toyota Prius Hybrid đầu
tiên trên thế giới thị trƣờng đại chúng.


Với động cơ hỗn hợp trên, Prius đạt tiêu chuẩn Mẫu xe có hàm lƣợng khí

thải cực thấp SULEV (Super Ultra Low Emissions Vehicle) và đƣợc Ủy ban Tài nguyên
Không khí California chứng nhận là "Mẫu xe sử dụng cơng nghệ tiên tiến có hàm lƣợng
khí thải xấp xỉ bằng khơng" (AT-PZEV - Advanced Technology Partial Zero Emission
Vehicle).


Ngồi ra, mẫu xe mới này cịn đƣợc Cơ quan Bảo vệ Mơi sinh Hoa Kỳ

EPA (The United States Environmental Protection Agency) đánh giá là thân thiện với
môi trƣờng hơn ở thế hệ thứ nhất với hệ thống nén khí làm lạnh hồn toàn bằng điện và
tay lái trợ lực điện. Toyota Prius thế hệ thứ hai cùng với động cơ MINI Cooper D của
BMW có hàm lƣợng khí thải CO2 là 104 g/km, xếp sau Ford Fiesta Econetic (98 g/km)
và Volkswagen Polo 1.4 TDI/SEAT Ibiza 1.4 TDI (99 g/km). Prius đồng thời là mẫu xe
vận hành bằng động cơ xăng có hàm lƣợng khí thải CO2 thấp nhất vì cả Ford và
Polo/Ibiza đều vận hành bằng động cơ diesel.


Vì thế, đề tài “TOYOTA PRIUS HYBRID 2004-2009” đƣợc thực hiện

nhằm phần nào bổ sung thêm nguồn tài liệu tham khảo, giúp sinh viên thấy đƣợc bức

tranh tổng quát về cấu tạo, nguyên lý hoạt động,… khả năng vƣợt trội của xe Hybrid so
với các dòng xe truyền thống. Cũng nhƣ tƣơng lai phát triển của dịng xe Hybrid.

1.2. Mục tiêu đề tài

Tìm hiểu tổng quan về xe Hybrid (lịch sử, phân loại, các bộ phận của xe
Hybrid…).


Tìm hiểu đƣợc kiến thức cơ bản của dòng xe Toyota Prius 2004-2009



Nhận biết đƣợc các bộ phận trên xe Toyota Prius 2004-2009
14




Hiều đƣợc các chức năng nhiệm vụ của từng bộ phân Toyota Prius 2004-



Hiểu đƣợc nguyên lý hoạt động của dòng xe Toyota Prius 2004-2009

2009

1.3. Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu

Các dòng xe Toyota Prius 2004 – 2009



Về động cơ 1NZ-FXE của Toyota Prius 2004 – 2009



Về hộp số của Toyota Prius 2004 – 2009



Nguyên lý hoạt động, cách điều khiển của hệ thống trên xe Toyota Prius

2004 – 2009
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Tham khảo tài liệu: dựa vào những tài liệu trên internet, tài liệu chuyên
nghành ôtô trên thƣ viện và nhiều nguồn tài liệu khác để có hƣớng nghiên cứu thích hợp.


Phƣơng pháp tham khảo ý kiến.



Dịch tài liệu: chủ yếu dịch tiếng Anh từ tài liệu hƣớng dẫn và các tài liệu

nƣớc ngồi.


Dựa vào mơ hình thực tế và kiến thức tài liệu sẵn có để nghiên cứu.

1.5. Các vấn đề tập trung nghiên cứu

Nghiên cứu về động cơ 1NZ-FXE.


Nghiên cứu về hệ thống điều khiển động cơ



Nghiên cứu về hệ thống điều khiển Hybrid.



Nghiên cứu về hộp số và hệ thống điều khiển hộp số trên xe Hybrid



Nghiên cứu về ắc quy HV và hệ thống điều khiển ắc quy HV

 Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU LÍ THUYẾT HOẶC THỰC NGHIỆM
2.1. Động cơ 1NZ - FXE

Trên xe lai của hãng Toyota sử dụng động cơ đốt trong có thể kết hợp với
động cơ điện khi làm việc để đạt đến hiệu suất cao nhất, đồng thời có khả năng chạy tiết
kiệm khi đang sử dụng động cơ điện dẫn động. Đối với xe của hãng Toyota cũng nhƣ
nhiều hãng sản xuất xe lai khác, đã ứng dụng những công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu
suất, cụ thể:
15



Giảm kích cỡ của động cơ:



Đối với xe lai nhà chế tạo dùng động cơ có kích thƣớc nhỏ hơn so với các

động cơ truyền thống. Động cơ đốt trong ở đây không đƣợc thiết kế để tạo ra công suất
lớn nhất theo yêu cầu tăng tốc hay khi leo dốc đứng. Khi cần chạy với tốc độ cao trên
quãng đƣờng dài hay chỉ cần vƣợt xe khác hoặc khi cần leo dốc cao, thì hệ thống điều
khiển của xe sẽ yêu cầu sự giúp đỡ từ động cơ điện nhằm cung cấp thêm công suất hỗ trợ
cho động cơ.


Hiệu quả cao :



Động cơ đƣợc trang bị hệ thống VVT-I ( Variable Valve Timing-

Intelligent) để điều chỉnh thời gian đóng mở xu páp theo điều kiện hoạt động của xe, để
xe ln đạt hiệu suất cao nhất. Ngồi ra, động cơ dùng buồng đốt có kết cấu đặc biệt giúp
ho sự lan truyền tia lửa điện nhanh chóng trong tồn bộ buồng đốt trong. Với hiệu suất
nhiệt cao kết hợp với sự giảm cả về kích cỡ và trọng lƣợng của thân động cơ qua việc sử
dụng xy lanh chế tạo bằng hợp kim nhôm, và cả ống hút gọn,… giúp cải thiện khả năng
tiết kiệm nhiên liệu của động cơ.

Hình 2. 1. Động cơ đốt trong xe Hybrid Toyota Prius



Nâng cao công suất đầu ra:



Tốc độ động cơ tăng từ 4500v/ph đến 5000v/ph, do đó cải thiện đƣợc cơng

suất đầu ra. Một số bộ phận nhƣ xéc-măng có độ căng thấp hơn, lị xo xu-páp thì làm nhỏ
lại, kết quả làm giảm sử mất mát công suất do ma sát. Xa hơn, việc tăng số vòng quay lên
16


thêm 500v/ph đã làm cho số vòng quay máy phát nhanh hơn, gia tăng lực dẫn động trong
suốt quá trình khi xe tăng tốc và cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu.

Hình 2. 2. Động cơ 1NZ – FE nhìn từ bên ngồi
Bảng 2. 1 Động cơ 1NZ-FXE
Loại động cơ

1.5L, 1NZ-FE

Kiểu

4 xylanh, thẳng hàng, 16 van, DOHC,
VVT-i

Dung tích xylanh (cc)

1497

Đƣờng kính xylanh (mm)

75

Đƣờng kính hành trình Piston (mm)

84.7
Nạp: 30.5

Đƣờng kính bệ Xu Páp (mm)

Xả : 25.5
Tỷ số nén

10.5 : 1
80 / 6,000

Công suất cực đại SAE-NET (HP / rpm)

141 / 4,200

Mômen xoắn cực đại SAE-NET [N·m / rpm]
Xupáp nạp

Mở

-7  33 BTDC
17

Thời điểm phối khí

Đóng

52  12 ABDC

Mở

42 BBDC

Đóng

2 ATDC

Xupáp xả

Dầu bôi trơn

SEA 5W-30

Thời gian tănng tốc từ 0 – 100Km/h

10 giây

Loại nhiên liệu

Xăng khơng chì

Trị số Ốc tan nhiên liệu

87 hay hơn

Hệ thống nạp nhiên liệu

EFI (Phun nhiên liệu điện tử)

Tốc độ xe tối đa (Km/h)

170

18


2.2. Hệ thống điều khiển động cơ

Hình 2. 3. Vị trí các chi tiết trên động cơ.
2.2.1. Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp


Hình dạng của cảm biến

Hình 2. 4. Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp
19




Vị trí của cảm biến

Hình 2. 5. Vị trí của cảm biến trên xe


Sơ đồ mạch điện

Hình 2. 6. Sơ đồ mạch điện cảm biến MAF


Mô tả cảm biến

- Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp (MAF) đo lƣợng khơng khí đi qua bƣớm ga. ECM sử
dụng thông tin này để xác định thời gian phun nhiên liệu và cung cấp một tỷ lệ khơng
khí-nhiên liệu chính xác. Bên trong của cảm biến MAF có một dây Platin tiếp xúc với
dịng khí nạp.
- Bằng cách cấp một cƣờng độ dịng điện đến dây, ECM sấy nóng dây đến một nhiệt
độ nhất định. Dịng khơng khí đi qua làm nguội cả dây sấy và nhiệt điện trở bên trong,
ảnh hƣởng đến điện trở của chúng. Để duy trì một giá trị dịng điện không đổi, ECM thay
đổi điện áp cấp đến những bộ phận này trong cảm biến MAF. Giá trị điện áp tỷ lệ thuận
với luồng khí nạp đi qua cảm biến. ECM hiểu điện áp này nhƣ là lƣợng khí nạp.
20


- Mạch này có cấu tạo sao cho dây sấy platin và cảm biến nhiệt độ tạo thành một
mạch cầu, và transistor công suất đƣợc điều khiển sao cho điện thế của A và B ln bằng
nhau để duy trì nhiệt độ định trƣớc.

Hình 2. 7. Cấu tạo cảm biến MAF
2.2.2. Cảm biến nhiệt độ khí nạp


Hình dạng của cảm biến

Hình 2. 8. Cảm biến nhiệt độ khí nạp

21




Vị trí của cảm biến

Hình 2. 9. Vị trí cảm biến nhiệt độ khí nạp


Sơ đồ mạch điện

Hình 2. 10. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp


Mơ tả, cấu tạo cảm biến

- Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT) lắp bên trong cảm biến lƣu lƣợng khí nạp (MAF)
để theo dõi nhiệt độ khí nạp. Một nhiệt điện trở nằm trong cảm biến sẽ thay đổi điện trở
tƣơng ứng với nhiệt độ khí nạp. Khi nhiệt độ khí nạp thấp thì điện trở của nhiệt điện trở
lớn và ngƣợc lại, sự thay đổi điện trở này đƣợc phản ánh dƣới dạng sự thay đổi điện áp
đến ECU, nguồn đến cảm biến là nguồn 5V
- Khi điện trở của cảm biến thay đổi thì điện áp từ cực THA sẽ thay đổi theo. Bộ xử
lý dùng tín hiệu THA để nhận biết nhiệt độ khơng khí nạp.

22

2.2.3. Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát


Hình dạng của cảm biến nhiệt độ nước

Hình 2. 11. Cảm biến nhiệt độ nƣớc


Vị trí của cảm biến nhiệt độ nước

Hình 2. 12. Vị trí cảm biến nhiệt độ nƣớc trên động cơ

23




Sơ đồ mạch điện

Hình 2. 13. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát
 Mô tả, cấu tạo
- Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát nhận biết nhiệt độ nƣớc làm mát của động cơ
bằng nhiệt điện trở. Về cấu tạo nó là một chất bán dẫn có trị số nhiệt điên trở âm chuẩn
làm việc của cảm biến là 80C. Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát có 2 cực THW và một
cực nối ETHW.
- Nguồn cấp điện cho cảm biến là nguồn 5V cung cấp qua một điện trở. Khi nhiệt
độ nƣớc làm mát thay đổi thì điện trở của biến trở cũng thay đổi theo. Bộ vi xử lý nhận
điện áp tại cực THW để xác định nhiệt độ làm việc của động cơ. ECU nhận tín hiệu nhiệt

độ nƣớc làm mát để điều khiển lƣợng phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa sớm, điều
khiển tốc độ cầm chừng theo nhiệt độ nƣớc làm mát. Khi nhiệt độ nƣớc làm mát dƣới
80C, ECU sẽ điều khiển tăng tốc độ cầm chừng, tăng lƣợng nhiên liệu phun, và tăng góc
đánh lửa sớm.

24


2.2.4. Cảm biến vị trí bƣớm ga
 Hình dáng của cảm biến

Hình 2. 14. Cảm biến vị trí bƣớm ga
 Vị trí của cảm biến

Hình 2. 15. Vị trí cảm biến vị trí bƣớm ga trên động cơ
 Sơ đồ mạch điện

Hình 2. 16. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bƣớm ga
25