Công nghệ hybrid của Toyota (Phần 1)
Toyota là hãng xe luôn đi đầu trong việc đầu tư phát triển các công nghệ mới cho ô tô. Trong nhiều thập niên hãng đã cho ra đời hàng loạt các mẫu xe sử dụng động cơ, bao gồm: động cơ xăng hỗn hợp nghèo khí cháy, động cơ xăng phun nhiên liệu trực tiếp và động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp dùng trên cả xe hơi và xe lửa.
“Năng lượng sạch” để bảo vệ môi trường là xu thế phát triển chung của thế giới. Mục tiêu sản xuất ra các loại xe thân thiện với môi trường, không tốn nhiên liệu được Toyota đề cao như một trách nhiệm và mục tiêu phát triển. Hãng đã liên tục nghiên cứu và cho ra đời nhiều động cơ được thay đổi để có thể sử dụng các nhiên liệu thay thế như động cơ chạy bằng khí nén tự nhiên (CNG) hoặc động cơ điện. Vào năm 2002, Toyota đã lần đầu tiên giới thiệu ra thị trường dòng xe sử dụng động cơ chạy bằng nhiên liệu Hybrid Toyota FCHV. Tiếp theo đó các mẫu xe hybrid như Toyota Prius, Futuristic Toyota Hybrid X, 2007 Toyota Camry Hybrid, Toyota FT-HS, v.v…lần lượt ra đời đã khẳng định tên tuổi của hãng trên thị trường dòng xe hybrid.
Trong tiếng Anh, chữ “hybrid” có nghĩa là tổ hợp. Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp. Động cơ hybrid là loại động cơ kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc quy đặc biệt. Nhờ vậy mà động cơ này có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết. Vậy bí mật của công nghệ Toyota hybrid là gì? Tại sao nó đem lại thành công cho hãng? Bài viết này sẽ phần nào giải đáp thắc mắc này cho bạn.
Các loại hệ thống Hybrid trên xe Toyota.
Hệ thống Hybrid nối tiếp
Ở hệ thống này, các bánh xe chủ động được dẫn động nhờ một mô tơ điện, động cơ chính của xe chỉ làm một nhiệm vụ duy nhất là làm quay máy phát điện để cấp điện cho động cơ và nạp điện cho ắc quy chính của xe.
Hệ thống Hybrid song song
Động cơ chính làm nhiệm vụ chủ yếu là dẫn động cho các bánh xe chủ động, đồng thời truyền chuyển động đến máy phát để nạp điện cho ắc quy. Mô tơ điện sẽ hỗ trợ trong trường hợp xe cần tăng tốc nhờ vậy mà có thể tiết kiệm được nhiên liệu.
Hệ thống Hybrid hỗn hợp
Bộ chia công suất trong hệ thống đảm nhiệm việc phân phối công suất từ động cơ chính và mô tơ điện theo các tỷ lệ khác nhau đến bánh xe chủ động. Các dòng xe hybrid sử dụng hệ thống này là Prius, RX400h .v..v…
Các bộ phận chính của động cơ Toyota Hybrid.
Động cơ xăng 5 thì.
Động cơ xăng Atkinson hay còn gọi là động cơ xăng 5 thì được nhắc đến rất nhiều trong thời gian qua. Ưu điểm của động cơ này là khi hoạt động ở tốc độ và tải trọng tối ưu có hiệu quả cao. So với loại động cơ 1,5 lít thông thường, loại này cũng sinh ra nhiều năng lượng hơn do nhiên liệu xăng bị đốt cháy với hệ số giãn nở nhiệt cao trong động cơ 5 thì Atkinson.
Hộp số.
Cụm bánh răng hành tinh trong hộp số đóng vai trò như một bộ chia công suất có nhiệm vụ chia công suất từ động cơ chính của xe thành hai thành phần tạm gọi là phần dành cho cơ và phần dành cho điện. Các bánh răng hành tinh của nó có thể truyền công suất đến động cơ chính, động cơ điện – máy phát và các bánh xe chủ động trong hầu hết các điều kiện khác nhau. Các bánh răng hành tinh này hoạt động như một cơ cấu truyền động biến đổi liên tục (CVT)
Tổ hợp mô tơ điện – máy phát số 1 (MG1) có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc quy điện áp cao đồng thời cấp điện năng để dẫn động cho MG2. MG1 hoạt động như một mô tơ để khởi động động cơ chính của xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh gần giồng như một CVT.
Tổ hợp mô tơ điện – máy phát số 2 (MG2) có nhiệm vụ dẫn động cho các bánh xe chủ động tiến hoặc lùi xe. Trong suốt quá trình giảm tốc và phanh xe, MG2 hoạt động như một máy phát và hấp thu động năng (còn gọi là quá trình hãm tái sinh năng lượng) chuyển hóa thành điện năng để nạp lại cho ắc quy điện áp cao.
Bộ chuyển đổi (hay bộ điều khiển công suất).
Bộ chuyển đổi biến dòng điện một chiều từ ắc quy điện áp cao thành dòng xoay chiều làm quay mô tơ điện hoặc biến dòng xoay chiều từ máy phát thành dòng điện một chiều để nạp điện cho ắc quy. Về cấu tạo, nó gồm một bộ khuếch đại điện năng để tăng điện áp được cung cấp lên đến 500V đồng thời nó được trang bị một bộ chuyển đổi dòng một chiều để nạp điện cho ắc quy phụ của xe và một bộ chuyển đổi dòng xoay chiều để cấp điện cho máy nén trong hệ thống điều hòa của xe hoạt động.
Ắc quy điện áp cao.
Ắc quy chính của xe được bảo vệ trong một vỏ niken-kim loại hyđrua chắc chắn hơn và có mật độ năng lượng cao hơn so với bình thường. Nó gồm 168 cặp cực ắc quy với điện áp chuẩn là 200V (1,2V x 168 cặp cực ắc quy) được nạp điện bởi động cơ chính thông qua tổ hợp MG1 khi xe chạy bình thường và tổ hợp MG2 trong suốt quá trình hãm tái sinh năng lượng.
Cáp nguồn.
Cáp nguồn hay cáp công suất trong xe hybrid dùng để truyền dòng điện có cường độ và điện áp cao giữa các thiết bị như ắc quy điện cao áp, bộ chuyển đổi, các tổ hợp MG1, MG2 và máy nén trong hệ thống điều hòa. Đường dây cáo áp và các giắc nối được đánh dấu bằng mầu da cam như trong hình trên.
Ắc quy phụ.
Loại ắc quy DC12V này được bố trí cố định phía sau xe, duy trì và cung cấp dòng điện một chiều ổn định cho các thiết bị như đèn xe, hệ thống âm thanh, các ECU điều khiển .v..v…
Công nghệ hybrid của Toyota (Phần 2)
Phần trước chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo của một hệ thống hybrid trên xe hoàn chỉnh với các bộ phận chức năng và vài trò của chúng đối với toàn bộ hệ thống. Bài viết này sẽ giúp các bạn hiểu được các chế độ hoạt động của hệ thống hybrid trong khi chạy xe và cách mà hệ thống này tiết kiệm nhiên liệu ra sao.
Các chế độ hoạt động của hệ thống Hybrid.
Chế độ sẵn sàng khởi hành.
Ở chế độ này, đèn “READY” sáng lên để thông báo với người lái xe rằng xe đã sẵn sàng chuyển bánh.
Để khởi động xe, người lái vặn chìa khóa khởi động sang vị trí “ON” trong khi cần số vẫn giữ nguyên ở vị trí “P” và đạp chân vào bàn đạp phanh. Sau khi khởi động, động cơ chính của xe sẽ tự động quay hay ngừng quay một là phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát động cơ và tình trạng của ắc quy cao áp, mục đích là để tăng cường tiết kiệm nhiên liệu.
Ban đầu năng lượng điện từ ắc quy cao áp qua bộ chuyển đổi cấp cho động cơ để cấp điện cho bugi đánh lửa và mô tơ khởi động làm quay trục khuỷu động cơ. Khi quá trình khởi động hoàn tất, động cơ lại nạp điện trở lại cho ắc quy nhờ máy phát.
Khi chuyển cần số sang vị trí “D” và nhả bàn đạp phanh, xe bắt đầu di chuyển. Lúc này, chỉ có mô tơ điện dẫn động các bánh xe chủ động quay ở dải tốc độ thấp. Cuối quá trình này, động cơ chính của xe mới bắt đầu tham gia dẫn động cho xe tăng tốc dần đến dải tốc độ thông thường.
Chế độ chạy xe bình thường.
Khi xe đã đạt đến tốc độ ổn định, cả động cơ và mô tơ điện đều tham gia dẫn động cho bánh xe chủ động. Công suất từ động cơ chính được chia thành hai phần: một phần dẫn động cho bánh xe chủ động, còn một phần dẫn động làm quay mát phát điện. Dòng điện được sinh ra từ máy phát qua bộ chuyển đổi đến làm quay mô tơ điện. Sự phân bố công suất động cơ như vậy nhằm tối ưu hóa trong tiết kiệm nhiên liệu. Khi cần thiết, công suất dư thừa sinh ra từ động cơ sẽ được máy phát tiếp nhận để nạp điện trở lại cho ắc quy cao áp.
Ở chế độ tăng tốc tối đa.
Khi muốn tăng tốc tối đa, ắc quy cao áp sẽ cung cấp thêm năng lượng vào mô tơ qua bộ chuyển đổi để khếch đại công suất dẫn động lên mức tối đa trong khi công suất từ động cơ chính và mô tơ thay đổi tăng lên một cách chậm chạp.
Chế độ giảm tốc và dừng xe.
Trong quá trình giảm tốc, mô tơ điện hoạt động như một máy phát điện được dẫn động nhờ động năng từ các bánh xe chủ động. Người ra gọi chế độ này là “chế độ hãm tái sinh năng lượng” khi mà động năng được chuyển hóa thành điện năng qua bộ chuyển đổi để nạp lại cho ắc quy cao áp của xe.
Với toàn bộ quá trình hoạt động và công nghệ tiên tiến như vậy, khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe hybrid đã được khẳng định và được xem là những chiếc xe của tương lai. Chắn chắn, với những model hybrid mới xuất hiện và những model đang được phát triển, công nghệ này sẽ đóng vai trò chính trong ngành ô tô những năm sắp tới. Nhưng có một nhược điểm khiến dòng xe này chưa được coi trọng đó chính là giá cả. Một chiếc Toyota Prius bán ra với giá 17.000 bảng Anh so sánh với một chiếc Ford Focus 1,6 lít diezel với giá 13.000 bảng Anh. Những chiếc xe hybrid quá đắt để bảo vệ môi trường. Chúng ta hãy chờ câu trả lời từ những nhà sản xuất.
Toyota là hãng xe luôn đi đầu trong việc đầu tư phát triển các công nghệ mới cho ô tô. Trong nhiều thập niên hãng đã cho ra đời hàng loạt các mẫu xe sử dụng động cơ, bao gồm: động cơ xăng hỗn hợp nghèo khí cháy, động cơ xăng phun nhiên liệu trực tiếp và động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp dùng trên cả xe hơi và xe lửa.
“Năng lượng sạch” để bảo vệ môi trường là xu thế phát triển chung của thế giới. Mục tiêu sản xuất ra các loại xe thân thiện với môi trường, không tốn nhiên liệu được Toyota đề cao như một trách nhiệm và mục tiêu phát triển. Hãng đã liên tục nghiên cứu và cho ra đời nhiều động cơ được thay đổi để có thể sử dụng các nhiên liệu thay thế như động cơ chạy bằng khí nén tự nhiên (CNG) hoặc động cơ điện. Vào năm 2002, Toyota đã lần đầu tiên giới thiệu ra thị trường dòng xe sử dụng động cơ chạy bằng nhiên liệu Hybrid Toyota FCHV. Tiếp theo đó các mẫu xe hybrid như Toyota Prius, Futuristic Toyota Hybrid X, 2007 Toyota Camry Hybrid, Toyota FT-HS, v.v…lần lượt ra đời đã khẳng định tên tuổi của hãng trên thị trường dòng xe hybrid.
Trong tiếng Anh, chữ “hybrid” có nghĩa là tổ hợp. Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp. Động cơ hybrid là loại động cơ kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc quy đặc biệt. Nhờ vậy mà động cơ này có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết. Vậy bí mật của công nghệ Toyota hybrid là gì? Tại sao nó đem lại thành công cho hãng? Bài viết này sẽ phần nào giải đáp thắc mắc này cho bạn.
Các loại hệ thống Hybrid trên xe Toyota.
Hệ thống Hybrid nối tiếp
Ở hệ thống này, các bánh xe chủ động được dẫn động nhờ một mô tơ điện, động cơ chính của xe chỉ làm một nhiệm vụ duy nhất là làm quay máy phát điện để cấp điện cho động cơ và nạp điện cho ắc quy chính của xe.
Hệ thống Hybrid song song
Động cơ chính làm nhiệm vụ chủ yếu là dẫn động cho các bánh xe chủ động, đồng thời truyền chuyển động đến máy phát để nạp điện cho ắc quy. Mô tơ điện sẽ hỗ trợ trong trường hợp xe cần tăng tốc nhờ vậy mà có thể tiết kiệm được nhiên liệu.
Hệ thống Hybrid hỗn hợp
Bộ chia công suất trong hệ thống đảm nhiệm việc phân phối công suất từ động cơ chính và mô tơ điện theo các tỷ lệ khác nhau đến bánh xe chủ động. Các dòng xe hybrid sử dụng hệ thống này là Prius, RX400h .v..v…
Các bộ phận chính của động cơ Toyota Hybrid.
Động cơ xăng 5 thì.
Động cơ xăng Atkinson hay còn gọi là động cơ xăng 5 thì được nhắc đến rất nhiều trong thời gian qua. Ưu điểm của động cơ này là khi hoạt động ở tốc độ và tải trọng tối ưu có hiệu quả cao. So với loại động cơ 1,5 lít thông thường, loại này cũng sinh ra nhiều năng lượng hơn do nhiên liệu xăng bị đốt cháy với hệ số giãn nở nhiệt cao trong động cơ 5 thì Atkinson.
Hộp số.
Cụm bánh răng hành tinh trong hộp số đóng vai trò như một bộ chia công suất có nhiệm vụ chia công suất từ động cơ chính của xe thành hai thành phần tạm gọi là phần dành cho cơ và phần dành cho điện. Các bánh răng hành tinh của nó có thể truyền công suất đến động cơ chính, động cơ điện – máy phát và các bánh xe chủ động trong hầu hết các điều kiện khác nhau. Các bánh răng hành tinh này hoạt động như một cơ cấu truyền động biến đổi liên tục (CVT)
Tổ hợp mô tơ điện – máy phát số 1 (MG1) có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc quy điện áp cao đồng thời cấp điện năng để dẫn động cho MG2. MG1 hoạt động như một mô tơ để khởi động động cơ chính của xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh gần giồng như một CVT.
Tổ hợp mô tơ điện – máy phát số 2 (MG2) có nhiệm vụ dẫn động cho các bánh xe chủ động tiến hoặc lùi xe. Trong suốt quá trình giảm tốc và phanh xe, MG2 hoạt động như một máy phát và hấp thu động năng (còn gọi là quá trình hãm tái sinh năng lượng) chuyển hóa thành điện năng để nạp lại cho ắc quy điện áp cao.
Bộ chuyển đổi (hay bộ điều khiển công suất).
Bộ chuyển đổi biến dòng điện một chiều từ ắc quy điện áp cao thành dòng xoay chiều làm quay mô tơ điện hoặc biến dòng xoay chiều từ máy phát thành dòng điện một chiều để nạp điện cho ắc quy. Về cấu tạo, nó gồm một bộ khuếch đại điện năng để tăng điện áp được cung cấp lên đến 500V đồng thời nó được trang bị một bộ chuyển đổi dòng một chiều để nạp điện cho ắc quy phụ của xe và một bộ chuyển đổi dòng xoay chiều để cấp điện cho máy nén trong hệ thống điều hòa của xe hoạt động.
Ắc quy điện áp cao.
Ắc quy chính của xe được bảo vệ trong một vỏ niken-kim loại hyđrua chắc chắn hơn và có mật độ năng lượng cao hơn so với bình thường. Nó gồm 168 cặp cực ắc quy với điện áp chuẩn là 200V (1,2V x 168 cặp cực ắc quy) được nạp điện bởi động cơ chính thông qua tổ hợp MG1 khi xe chạy bình thường và tổ hợp MG2 trong suốt quá trình hãm tái sinh năng lượng.
Cáp nguồn.
Cáp nguồn hay cáp công suất trong xe hybrid dùng để truyền dòng điện có cường độ và điện áp cao giữa các thiết bị như ắc quy điện cao áp, bộ chuyển đổi, các tổ hợp MG1, MG2 và máy nén trong hệ thống điều hòa. Đường dây cáo áp và các giắc nối được đánh dấu bằng mầu da cam như trong hình trên.
Ắc quy phụ.
Loại ắc quy DC12V này được bố trí cố định phía sau xe, duy trì và cung cấp dòng điện một chiều ổn định cho các thiết bị như đèn xe, hệ thống âm thanh, các ECU điều khiển .v..v…
Công nghệ hybrid của Toyota (Phần 2)
Phần trước chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo của một hệ thống hybrid trên xe hoàn chỉnh với các bộ phận chức năng và vài trò của chúng đối với toàn bộ hệ thống. Bài viết này sẽ giúp các bạn hiểu được các chế độ hoạt động của hệ thống hybrid trong khi chạy xe và cách mà hệ thống này tiết kiệm nhiên liệu ra sao.
Các chế độ hoạt động của hệ thống Hybrid.
Chế độ sẵn sàng khởi hành.
Ở chế độ này, đèn “READY” sáng lên để thông báo với người lái xe rằng xe đã sẵn sàng chuyển bánh.
Để khởi động xe, người lái vặn chìa khóa khởi động sang vị trí “ON” trong khi cần số vẫn giữ nguyên ở vị trí “P” và đạp chân vào bàn đạp phanh. Sau khi khởi động, động cơ chính của xe sẽ tự động quay hay ngừng quay một là phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát động cơ và tình trạng của ắc quy cao áp, mục đích là để tăng cường tiết kiệm nhiên liệu.
Ban đầu năng lượng điện từ ắc quy cao áp qua bộ chuyển đổi cấp cho động cơ để cấp điện cho bugi đánh lửa và mô tơ khởi động làm quay trục khuỷu động cơ. Khi quá trình khởi động hoàn tất, động cơ lại nạp điện trở lại cho ắc quy nhờ máy phát.
Khi chuyển cần số sang vị trí “D” và nhả bàn đạp phanh, xe bắt đầu di chuyển. Lúc này, chỉ có mô tơ điện dẫn động các bánh xe chủ động quay ở dải tốc độ thấp. Cuối quá trình này, động cơ chính của xe mới bắt đầu tham gia dẫn động cho xe tăng tốc dần đến dải tốc độ thông thường.
Chế độ chạy xe bình thường.
Khi xe đã đạt đến tốc độ ổn định, cả động cơ và mô tơ điện đều tham gia dẫn động cho bánh xe chủ động. Công suất từ động cơ chính được chia thành hai phần: một phần dẫn động cho bánh xe chủ động, còn một phần dẫn động làm quay mát phát điện. Dòng điện được sinh ra từ máy phát qua bộ chuyển đổi đến làm quay mô tơ điện. Sự phân bố công suất động cơ như vậy nhằm tối ưu hóa trong tiết kiệm nhiên liệu. Khi cần thiết, công suất dư thừa sinh ra từ động cơ sẽ được máy phát tiếp nhận để nạp điện trở lại cho ắc quy cao áp.
Ở chế độ tăng tốc tối đa.
Khi muốn tăng tốc tối đa, ắc quy cao áp sẽ cung cấp thêm năng lượng vào mô tơ qua bộ chuyển đổi để khếch đại công suất dẫn động lên mức tối đa trong khi công suất từ động cơ chính và mô tơ thay đổi tăng lên một cách chậm chạp.
Chế độ giảm tốc và dừng xe.
Trong quá trình giảm tốc, mô tơ điện hoạt động như một máy phát điện được dẫn động nhờ động năng từ các bánh xe chủ động. Người ra gọi chế độ này là “chế độ hãm tái sinh năng lượng” khi mà động năng được chuyển hóa thành điện năng qua bộ chuyển đổi để nạp lại cho ắc quy cao áp của xe.
Với toàn bộ quá trình hoạt động và công nghệ tiên tiến như vậy, khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe hybrid đã được khẳng định và được xem là những chiếc xe của tương lai. Chắn chắn, với những model hybrid mới xuất hiện và những model đang được phát triển, công nghệ này sẽ đóng vai trò chính trong ngành ô tô những năm sắp tới. Nhưng có một nhược điểm khiến dòng xe này chưa được coi trọng đó chính là giá cả. Một chiếc Toyota Prius bán ra với giá 17.000 bảng Anh so sánh với một chiếc Ford Focus 1,6 lít diezel với giá 13.000 bảng Anh. Những chiếc xe hybrid quá đắt để bảo vệ môi trường. Chúng ta hãy chờ câu trả lời từ những nhà sản xuất.
