Chương 1: Tổng quan: Lý do chọn đề tài – Mục đích nghiên cứu đề tài – Phương pháp nghiên cứu – Nội dung nghiên cứu Chương 2: Tổng quan về xe Hybrid: Khái quát công nghệ hybrid trên xe ô tô – Phạm vi ứng dụng – Phân loại các kiểu xe hybrid – Các kiểu dẫn động Chương 3: Hệ thống Diesel Hybrid: Động cơ đốt trong – Mô tơ điện – Bộ chuyển đổi điện áp – Bộ chia công suất – Hộp số - Hệ thống pin điện – Máy phát điện – Bộ điều khiển trung tâm Chương 4: Hệ thống diesel hybrid trên xe Range Rover - Cấu tạo động cơ – Hệ thống bôi trơn - Hệ thống làm mát - Hệ thống khởi động – Mô đun điều khiển động cơ – Hệ thống nhiên liệu – Hệ thống Turborcharger - Các cảm biến – Pin và Động cơ điện Chương 5: Kết luận và kiến nghị 23 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 2.1 Khái quát công nghệ Hybrid trên xe ô tô 2.1 Lịch sử hình thành Chiếc ô tô chạy hoàn toàn bằng điện đầu tiên được tạo ra bởi kỹ sư Ferdinand Porsche vào năm 1899. Nhiều tài liệu có tên gọi khác nhau trong khoảng thời gian này, nhưng các sản phẩm của Ferdinand Porsche được công nhận nhiều nhất và cũng là sản phẩm đầu tiên được bán dưới dạng thương mại. Chiếc xe này được gọi là System Lohner- Porsche Mixte, nó sử dụng động cơ xăng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện dẫn động bánh trước của xe. Có thể Mixte là những chiếc Hybrid thuộc loại Range Extender Hybrid.
Mixte đã được đón nhận nồng nhiệt và hơn 300 chiếc đã được sản xuất. Tuy nhiên, nhu cầu về xe hybrid bắt đầu suy yếu khi Henry Ford bắt đầu xây dựng dây chuyền lắp ráp ô tô đầu tiên vào năm 1904. Vào thời này, những quy định thiếu chặt chẽ về khí thải cùng với giá xăng rẻ mạt đã khiến xe xăng phổ biến trên đường phố, điều này đã thu hẹp đáng kể thị trường xe Hybrid. Khi những chiếc hybrid được sản xuất với sản lượng, chất lượng tốt nhất thời đó vào những năm 1910 bằng công nghệ của Mixte, hầu hết đều bán rất chậm vì chúng có giá cao hơn so với những chiếc chạy bằng xăng.
Xe lai sớm trở thành dĩ vãng trong suốt khoảng thời gian gần 50 năm, chúng đơn giản chỉ là sự lựa chọn đứng sau xe chạy bằng xăng.1: Xe hybrid thời kì đầu 24 Những dấu hiệu khởi sắc của dòng xe Hybrid: Trong những năm 1960, Quốc hội Hoa Kỳ thông qua các luật nhằm khuyến khích sử dụng phương tiện điện hơn nhằm giảm ô nhiễm không khí. Chính phủ Hoa Kỳ đầu tư mạnh mẽ vào phát triển xe Hybrid với hy vọng chúng sẽ trở nên phổ biến hơn. Tuy nhiên, những nỗ lực này không đạt được nhiều thành công cho đến khi có sự kiện lệnh cấm vận dầu mỏ từ Ả Rập vào năm 1973. Cuộc khủng hoảng dầu mỏ này gây ra sự tăng giá mạnh mẽ của xăng và giảm nguồn cung.
Khi đó, gần 85% lao động Mỹ sử dụng ô tô để đi lại, làm cho tăng giá xăng và giảm nguồn cung trở thành một vấn đề nghiêm trọng, đẩy nhu cầu sử dụng xe Hybrid trở nên cấp bách hơn. Trong 25 năm tiếp theo, các hãng sản xuất ô tô đã đầu tư hàng tỷ đô la vào nghiên cứu và phát triển công nghệ Hybrid. Tuy nhiên, chỉ một số ít mẫu xe được sản xuất có thể giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ, đồng thời cạnh tranh về giá cả và hiệu suất với các xe sử dụng xăng.2 Phạm vi ứng dụng Ứng dụng động cơ Diesel Hybrid trên xe tải Vận tải hàng hóa Tiết kiệm nhiên liệu: Hệ thống hybrid giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu trong quá trình vận chuyển hàng hóa, làm giảm chi phí vận hành. Quản lý tải trọng: Cải thiện khả năng quản lý tải trọng và hiệu suất khi di chuyển trên đường.
Dịch vụ giao hàng: Giảm Tiếng Ồn và Khí Thải: Hệ thống hybrid giúp giảm khí thải và tiếng ồn trong các dịch vụ giao hàng đô thị, làm cho quá trình giao hàng trở nên bền vững hơn. Ứng dụng động cơ Diesel Hybrid trên xe du lịch và vận tải hành khách Bảo vệ môi trường: Xe du lịch diesel hybrid giúp giảm tác động đến môi trường trong các khu vực du lịch và điều dưỡng. Tăng tiết kiệm nhiên liệu: Cải thiện hiệu suất năng lượng trên các tuyến đường dài. Dịch vụ xe buýt và vận tải hành khách: Giảm tác động đến môi trường đô thị: Xe buýt diesel hybrid giảm tiếng ồn và khí thải trong các khu vực đô thị, cung cấp dịch vụ giao thông công cộng sạch sẽ hơn.
25 Tích hợp hệ thống năng lượng tái tạo: Sử dụng hệ thống regenerative braking để tái tạo năng lượng từ quá trình phanh. Ứng dụng động cơ Diesel Hybrid trên xe cứu thương và phục vụ y tế: Dịch vụ cứu thương: Nguồn điện liên tục: Xe cứu thương diesel hybrid cung cấp nguồn điện liên tục cho các thiết bị y tế trong quá trình chuyển bệnh nhân. Giảm tiếng ồn: Giảm tiếng ồn trong quá trình ứng cứu khẩn cấp để duy trì sự yên tĩnh và thoải mái cho bệnh nhân.2 Phân loại các kiểu xe hybrid 2.1 Mild hybrid Xe Mild Hybrid (hay còn gọi là MHEV - xe lai nhẹ) là loại xe sử dụng kết hợp hai loại động cơ: động cơ điện và động cơ đốt trong. Động cơ điện trong hệ thống này có kích thước nhỏ và sử dụng pin điện áp thấp (48V), do đó không thể hoạt động độc lập mà phải phối hợp với động cơ đốt trong.
Sự hỗ trợ của động cơ điện thường chỉ diễn ra trong giai đoạn khởi động, giúp xe có thêm mô-men xoắn sớm và lớn hơn. Khi xe đang xuống dốc, phanh gấp hoặc tạm dừng, động cơ điện cho phép động cơ đốt trong tắt tạm thời và sau đó khởi động lại nhanh chóng. Đồng thời, động cơ điện cũng hỗ trợ tăng lực kéo cho động cơ đốt trong bằng cách cung cấp thêm công suất. Pin của động cơ điện được sạc lại nhanh chóng thông qua quá trình phanh xe.
Ưu điểm Nhờ có hệ thống phanh tái sinh, giúp thu hồi năng lượng, tiết kết khoảng 10-15% nhiên liệu so với động cơ đốt trong Pin và động cơ điện nhỏ hơn so với các dòng xe hybrid khác nên giá thành, chi phí bảo dưỡng, sửa chữa rẻ hơn Nhược điểm Giá thành cao hơn xe truyền thống Khả năng cơ động kém ở những dải vòng tua thấp 26 Một số dòng xe tiêu biểu Hình 2.2 Volvo XC60 B6 2022 Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật xe Volvo XC606 2022 Mẫu xe Volvo XC60 B6 2022 Kiểu động cơ I4 2.0 Số xi lanh 4 xi lanh Dung tích xi lanh 1969 cm3 Mô-men xoắn /vòng tua 400/(2.400) Công suất (mã lực)/vòng tua (vòng/phút) 320/5700 Dung tích bình nhiên liệu (lít) 71 Mức tiêu thụ nhiên liệu đường hỗn hợp 10,13 (lít/100 km) 27 Hình 2.3 Suzuki Ertiga Hybrid 2022 Bảng 2.2: Thông số kĩ thuật xe Suzuki Ertiga Hybrid 2022 Mẫu xe Suzuki Ertiga Hybrid 2022 Kiểu động cơ K15B Số xi lanh 4 xi lanh Dung tích xi lanh 1462 cm3 Mô-men xoắn (Nm)/vòng tua (vòng/phút) 138/4.000 Dung lượng pin 6Ah 12V Dung tích bình nhiên liệu (lít) 45 Mức tiêu thụ nhiên liệu đường hỗn hợp 5,38 (lít/100 km) 28 Hình 2.4 Volkswagen Golf Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật xe Volkswagen Golf Mẫu xe Volkswagen Golf Kiểu động cơ GTE 1.4 TSI Số xi lanh 4 xi lanh Dung tích xi lanh 1395 cm3 Mô-men xoắn (Nm)/vòng tua 250 Nm/1500-3500 (vòng/phút) Công suất (mã lực)/vòng tua (vòng/phút) 150/5000-6000 Tổng dung lượng pin 13 kWh Dung tích bình nhiên liệu (lít) 39,5 Mức tiêu thụ nhiên liệu đường hỗn hợp 1,7 (lít/100 km) 29 2.2 Full Hybrid Xe Full Hybrid, hay còn gọi là xe lai toàn phần, là loại xe hybrid có thể sử dụng động cơ điện và động cơ đốt trong một cách riêng biệt hoặc kết hợp. Khi chỉ sử dụng động cơ điện, xe chỉ di chuyển được quãng đường ngắn với tốc độ từ thấp đến trung bình do hạn chế dung lượng pin. Tuy nhiên, pin có thể được sạc nhanh chóng bằng năng lượng từ động cơ đốt trong, vốn không chỉ truyền lực cho xe mà còn cung cấp năng lượng để sạc pin. Trong xe Full Hybrid, động cơ điện sẽ hoạt động khi xe mới khởi động và đang ở chế độ không tải.
Khi xe bắt đầu di chuyển, bộ điều khiển sẽ quyết định sử dụng hoàn toàn động cơ điện, động cơ đốt trong hoặc kết hợp cả hai. - Ở vận tốc thấp và khi đạp ga nhẹ nhàng, xe thường sử dụng động cơ điện. - Khi đạp ga mạnh ở vận tốc thấp, động cơ đốt trong sẽ được kích hoạt để tăng tốc nhanh. - Khi vận tốc ổn định từ 50 - 60 km/h, động cơ đốt trong sẽ tự động ngắt và động cơ điện sẽ tiếp tục hoạt động.
Như vậy, trong xe Full Hybrid, động cơ điện hoạt động liên tục từ khi xe khởi hành, trong khi động cơ đốt trong chỉ hỗ trợ khi xe cần lực kéo lớn như tăng tốc hoặc khi di chuyển ở tốc độ cao. Một số dòng xe tiêu biểu: Peugeot 3008 Hybrid4 2015, Citroën DS5 (2012-2015), Honda CR-V e: HEV RS,….5 Peugeot 3008 Hybrid4 2015 Bảng 2.4: Thông số kĩ thuật xe Peugeot 3008 Hybrid4 2015 Mẫu xe Peugeot 3008 Hybrid4 2015 Loại xe Diesel Hybrid Kiểu động cơ 2.0L HDI Số xi lanh 4 xi lanh Dung tích xi lanh 1997 cm3 Công suất (kW)/vòng tua (vòng/phút) 147/3750 Mô-men xoắn (Nm)/vòng tua 150/1750 (vòng/phút) Dung tích bình nhiên liệu (lít) 57 Công suất động cơ pin (kW) 27 31 Hình 2.6 Citroën DS5 (2012-2015) Bảng 2.5: Thông số kĩ thuật xe Citroën DS5 (2012-2015) Mẫu xe Citroën DS5 (2012-2015) Kiểu động cơ e-HDi Loại xe Diesel Hybrid Số xi lanh 4 xi lanh Dung tích xi lanh 1997 cm3 Mô-men xoắn (Nm)/vòng tua 300/1750 (vòng/phút) Công suất (kW)/vòng tua (vòng/phút) 120/3750 Công suất động cơ pin (kW) 27 Momen xoắn động cơ pin (Nm) 200 Mức tiêu thụ nhiên liệu đường hỗn hợp 3.3 Plug-in hybrid Xe Plug-in Hybrid (hay còn gọi là PHEV - xe lai sạc điện) là loại xe hybrid kết hợp cả động cơ điện và động cơ đốt trong. Pin của động cơ điện có thể được sạc đầy bằng cách cắm vào nguồn điện từ lưới điện bên ngoài, có thể sạc tại nhà hoặc tại các trạm sạc công cộng. Nguyên lý hoạt động của xe Plug-in Hybrid tương tự như xe Full Hybrid.
Xe có thể chạy hoàn toàn bằng điện và chỉ sử dụng động cơ đốt trong khi pin cạn kiệt. Do có dung lượng pin lớn, xe PHEV có thể di chuyển được quãng đường dài hơn so với các loại xe hybrid khác.