9: Đường Truyền Công Suất Ở Tốc Độ Thấp Và Chạy Bình Thường

một máy phát, nguồn ắc quy Niken Hydrua kim loại (Ni MH) hiệu suất cao và một điều khiển công suất. Bộ điều khiển công suất này có thiết kế một mạch điện tăng áp cao để nâng điện áp của hệ thống cung cấp công suất cho động cơ điện và máy phát đến một điện áp cao đạt 500V, ngoài ra

một bộ

biến đổi ACDC để

chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) sử

dụng trên động cơ điện và máy phát thành dòng điện một chiều (DC) lưu trữ trên nguồn ắc quy và ngược lại. Một bộ phận quan trọng khác nữa là

bộ phân chia công suất sử

dụng cơ

cấu vi sai, nhằm phân phối mô men

quay từ động cơ xăng đến động cơ điện và máy phát một cách tối ưu theo

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 118 trang tài liệu này.

mọi chế

độ vận hành của ô tô. Bộ

điều khiển công suất tự

động điều

khiển một cách chính xác những hoạt động của động cơ xăng, máy phát và

động cơ

điện sao cho chế độ

làm việc đạt được hiệu suất cao nhất.

Nguyên lý hoạt động của động cơ THS II được chia thành sáu chế độ đặc trưng và được mô tả như sau:

Hình 19: Đường truyền công suất ở tốc độ thấp và chạy bình thường

Khởi hành từ tốc độ

thấp tới trung bình:

Động cơ xăng không hoạt

động vì ở vùng tốc độ này hiệu suất nhiệt thấp, lúc này xe chỉ chạy bằng động cơ điện như mô tả ở hình 19 với dòng truyền công suất "A".

Vận hành ở điều kiện bình thường: Công suất của động cơ xăng được bộ vi sai phân phối công suất chia thành hai phần, một phần làm quay máy phát tạo ra dòng điện cung cấp cho động cơ điện (dòng "B"), phần còn lại

của công suất được truyền động trực tiếp đến bánh xe chủ động (dòng

"C"). Tỷ lệ độ lớn của mỗi dòng công suất "B" và "C" phụ thuộc vào tỉ số truyền trên mỗi nhánh của bộ vi sai. Sự phân phối công suất theo nguyên lý này giúp động cơ xăng luôn chạy ở tốc độ quay cao nhưng sức kéo đáp ứng được yêu cầu của lực cản khi xe chạy. Nhờ tránh được vùng làm việc ở tốc độ quay thấp nên động cơ xăng có hiệu suất cao và giảm nồng độ khí

thải gây ô nhiễm môi trường. Một phần công suất dư thừa của động cơ

xăng được máy phát thu nhận và nạp điện cho ắc quy lưu trữ để sử dụng khi cần.

Gia tốc đột ngột: Khi đạp ga đột ngột, hệ thống điều khiển sử dụng

hết công suất phát ra của động cơ xăng theo dòng "B" và "C", đồng thời

nhận thêm dòng điện từ ắc quy để tăng công suất cho động cơ điện theo dòng "A".

Hình 110: Đường truyền công suất khi tăng tốc và khi giảm tốc

Giảm tốc độ hoặc phanh lại: Động cơ xăng ngừng hoạt động, động cơ điện đóng vai trò là một máy phát nhận công suất từ các bánh xe (động

năng quán tính) và tạo ra dòng điện cao áp nạp lại cho "D".

ắc quy theo dòng

Hình 111: Đường truyền công suất khi nạp điện và động cơ THS II

Tự nạp lại nguồn ắc quy: Khi dung lượng điện chứa trong ắc quy còn thấp hơn mức cho phép, động cơ xăng sẽ được kích hoạt chạy và kéo máy phát điện để tự nạp lại ắc quy theo dòng "E".

Dừng xe: Động cơ xăng và động cơ điện tự động dừng.

Hệ thống lai THS II (HSD) có bốn đặc trưng sau:

Giảm mất mát năng lượng: Hệ thống tự động tắt động cơ xăng khi xe dừng để giảm bớt sự lãng phí năng lượng khi động cơ chạy không tải.

Khôi phục và sử dụng lại năng lượng: Năng luợng mà bình thường bị biến thành nhiệt trong suốt thời gian giảm tốc độ và phanh đã được khôi phục thành năng lượng điện nạp lại cho nguồn ắc quy.

Động cơ điện hỗ trợ tăng tốc: Động cơ điện cùng kết hợp với động cơ xăng nhằm tăng công suất trong suốt quá trình gia tốc.

Điều khiển hoạt động hiệu suất cao: Động cơ điện hoạt động chủ

yếu ở tốc độ thấp và động cơ xăng hoạt động chính ở tốc độ cao nhờ đó mà khắc phụ được nhược điểm của động cơ xăng khi chạy ở tốc độ thấp.

Thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống lai THS II (HSD) như sau:

Động cơ xăng 4 kỳ; 4 xi lanh; tổng dung tích xi lanh 1,5 lít; công suất cực đại 57kW ở số vòng quay 5000 vòng/phút.

Động cơ 500V.

điện xoay chiều đồng bộ

công suất 50kW, hiệu điện thế

Ắc quy: Nickelmetal hydride (NiMH), hiệu điện thế 500V100AH.

1.2.2. Hệ thống lai của Honda Hybrid:

Hệ thống lai mới nhất hiện nay của Honda được thiết kế cho ô tô du lịch NEW INSIGHT, kiểu động cơ iVTEC 3Stage IMA (Integrated Motor Assist). Đây là hệ thống lai kiểu kết hợp song song giữa động cơ xăng và động cơ điện. Động cơ xăng là loại 4 kỳ 4 xi lanh, dung tích xi lanh 1.3 lít, công suất 65kW ở số vòng quay 5.800 vòng/phút, hệ thống phân phối khí sử

dụng công nghệ

iVTEC 3Stage với ba chế

độ điều khiển xu páp: đóng

hoàn toàn tất cả các xu páp ở trạng thái nghỉ, đóng mở bình thường và đóng

mở tăng cường khi chạy

ở tốc độ

cao. Động cơ

điện là loại một chiều

không chổi than (DC brushless motor), hiệu điện thế 100V, công suất 10kW

ở số vòng quay 1.500 vòng/phút. Bộ nguồn ắc quy là loại NiMH (Nickel

Metal Hydride), dung lượng 100V200AH. Cả

động cơ

xăng và động cơ

điện được kết hợp nối cứng với nhau và cùng truyền mô men xoắn đến

bánh xe chủ

động thông qua bộ

truyền động đai vô cấp. Động cơ

điện

được thiết kế

có kích thước tương đương như

một bánh đà và được lắp

vào đúng vị trí của bánh đà động cơ xăng, do đó, rô to của động cơ điện có vai trò tạo quán tính thay thế bánh đà. Toàn bộ hệ thống được điều khiển hoạt động phối hợp công suất một cách tự động thông qua bộ điều khiển điện tử PCU (Power Control Unit).

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống Honda Hybrid IMA như sau:

Khởi hành và chạy với vận tốc chậm:

Chỉ

một mình động cơ

điện

hoạt động, lúc này động cơ xăng ở trạng thái nghỉ. Vì động cơ điện được lắp nối cứng với động cơ xăng nên trục khuỷu quay theo. Để giảm tổn hao công suất trong các xi lanh, hệ thống iVTEC điều khiển cơ cấu phân phối khí đóng hoàn toàn tất cả các xu páp (cam không điều khiển mở xu páp).

Hình 112: Cấu tạo động cơ Honda Hybrid IMA.

Chạy bình thường với vận tốc từ

trung bình trở

lên:

Chỉ

một mình

động cơ

xăng hoạt động, động cơ

điện ở

trạng thái nghỉ

(không cấp

nguồn), rô to của động cơ điện có vai trò là một bánh đà của động cơ xăng. Trong trường hợp này, nếu ắc quy hết điện, động cơ điện được điều khiển trở thành một máy phát điện và nhận một phần công suất từ động cơ xăng để nạp điện cho ắc quy.

Tăng tốc đột ngột hoặc vượt dốc cao: Hệ thống điện tử PCU sẽ điều

khiển cả

động cơ

xăng và động cơ

điện cùng kết hợp công suất để

tăng

sức kéo cho ô tô.

Giảm tốc hoặc phanh xe: Động cơ xăng được điều khiển chuyển sang trạng thái nghỉ (tất cả các xu páp đều đóng) và động cơ điện trở thành một máy phát điện nhận động năng quán tính từ ô tô biến thành điện năng nạp lại cho ắc quy.

Dừng xe: Cả hai động cơ đều ngừng hoạt động.

Với nguyên tắc hoạt động như

trên, động cơ

IMA khắc phục được

nhược điểm của động cơ xăng là có hiệu suất thấp ở vùng tốc độ thấp nên đem lại hiệu suất tổng thể khá cao. Cấu tạo theo nguyên tắc này giúp động cơ nhỏ gọn và nhẹ hơn so với hệ thống THS II của Toyota. Hệ thống i VTEC điều khiển tăng cường độ mở xu páp giúp động cơ xăng tăng công suất và hiệu suất khi chạy ở tốc độ cao. Tuy nhiên, do hệ thống IMA chỉ kết hợp lai song song nên hiệu quả tổng thể không thể bằng hệ thống THS II của Toyota.

1.2.3. Hệ thống lai của MercedesBenz ML 450 Hybrid:

Lần đầu tiên ra mắt tại triển lãm ô tô New York hồi tháng 4 năm 2009,

mẫu MercedesBenz ML 450 hybrid 2010 đã chính thức có mặt trên thị

trường Mỹ từ ngày 16 tháng 11 năm 2009. Chiếc xe sử dụng động cơ xăng

3.5 lít V6 công suất 205kW, kết hợp với hai động cơ điện, trong đó, một

động cơ

điện được bố

trí cùng nhóm với động cơ

xăng nằm ở

phía cầu

trước có công suất 62kW và một động cơ điện được bố trí độc lập nằm ở phía cầu sau có công suất 60kW, như vậy tổng công suất của hệ thống đạt 327kW. Ắc quy sử dụng trên ô tô này là loại NiMH (nickel metal hydride), hiệu điện thế 288V và được đặt ở bên dưới sàn của ngăn chứa hành lý phía

sau xe. Theo MercedesBenz, mẫu SUV hybrid cỡ

lớn này tiêu thụ

trung

bình 11,2 lít nhiên liệu cho 100 km trong thành phố và 9,8 lít/100 km đường cao tốc. Nhờ ứng dụng những công nghệ mới mà mức tiết kiệm nhiên liệu

của chiếc hybrid này được cải thiện đáng kể

với chức năng tự

động tắt

động cơ xăng khi không cần thiết như chờ đèn đỏ hay tắc đường. Hệ thống sử dụng hai động cơ điện lắp riêng trên mỗi cầu xe nhằm giảm kích thước

cho động cơ

điện được lắp chung với động cơ

xăng. Ngoài ra, mặc dù

động cơ xăng chỉ dẫn động cầu trước nhưng nhờ có động cơ điện ở phía cầu sau nên hệ thống truyền động vẫn thực hiện được chức năng "4 bánh chủ động chống trượt" (4MATIC).

Nguyên tắc hoạt động của hệ sau:

thống lai trên ô tô ML 450 Hybrid như

Khởi hành và chạy chậm: Khi chạy trong thành phố với tốc độ chậm, xe vận hành chỉ bằng động cơ điện, tốc độ cực đại đạt 55 km/h.

Hình 113: Mô tả hoạt động của hệ thống lai MercedesBenz ML 450 Hybrid.

Hình 114: Ô tô SUV MercedesBenz ML 450 Hybrid 2010.

Chạy với vận tốc từ trung bình trở lên: Chỉ một mình động cơ xăng

hoạt động cung cấp sức kéo cho ô tô và đồng thời động cơ

điện ở

phía

trước (cùng nhóm với động cơ xăng) được điều khiển chuyển sang chế độ máy phát điện và nhận một phần công suất từ động cơ xăng để nạp điện cho ắc quy.

Tăng tốc đột ngột hoặc vượt dốc cao: Hệ thống điện tử PLC (Power Launch Control) điều khiển cả động cơ xăng và hai động cơ điện cùng kết hợp công suất để tăng sức kéo cho ô tô.

Giảm tốc hoặc phanh xe: Động cơ xăng tự động dừng và hai động cơ

điện trở

thành hai máy phát điện nhận động năng quán tính từ

ô tô biến

thành điện năng nạp lại cho ắc quy.

Dừng xe: Tất cả các động cơ đều ngừng hoạt động.