CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1.1 Lý do chọn đề tài Hiện nay ôtô chạy hoàn toàn bằng điện vẫn còn nhiều hạn chế, về công nghệ thì ôtô Hybrid đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như một giải pháp mang tính tối ưu để làm hạn chế trình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải ôtô xả ra, và sự khan hiếm nhiên liệu do nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt. Với sự phát triển nhanh chóng của internet, tài liệu và thông tin được chia sẻ một cách dễ dàng. Do vậy, sinh viên có thể tìm kiếm tài liệu phục vụ cho việc học của mình không quá khó khăn. Với xu hướng như thế, đổi mới phương pháp dạy học là yêu cầu cấp bách dựa trên những quan điểm phát huy tính tích cực của người học, đề cao vai trò tự học của người học, kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên đang được áp dụng rộng rãi.
Đặc biệt đối với Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô, các công nghệ mới cũng như các động cơ đời mới được ứng dụng một cách liên tục, do vậy cần phải có tài liệu được cập nhật liên tục theo sự phát triển đó để cho sinh viên có thể nắm bắt được sự phát triển của xu thế công nghệ. Chính vì những điều đó, chúng tôi quyết định nghiên cứu và biên soạn bài giảng mô hình động cơ Toyota Hybrid Prius 2004, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật có thêm tài liệu cũng như dễ dàng trong việc nghiên cứu học tập.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1.1 Mục tiêu Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập. Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành. Sinh viên có điều kiện quan sát mô hình một cách trực quan, dễ cảm nhận được hình dạng và vị trí các chi tiết lắp đặt mô hình động cơ Toyota Hybrid Prius 2004.
Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáo dục- đào tạo. Giúp sinh viên tiếp thu bài tốt hơn.2 Nhiệm vụ Sơ lược về động cơ Toyota Hybrid Prius. Tìm hiểu về hệ thống điện, các cảm biến trên mô hình này. Thiết kế các phiếu bài giảng thực hành phục vụ cho việc giảng dạy và thực hành trên mô hình này.3 Phương pháp nghiên cứu Để đề tài được hoàn thành chúng tôi đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu.
Trong đó đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, từ đó tìm ra những ý tưởng mới để hình thành đề cương của đề tài. Song song với nó, chúng tôi còn kết hợp cả phương pháp quan sát và thực nghiệm để có thể biên soạn các phiếu bài thực hành mẫu một cách chính xác nhất.4 Các bước thực hiện Tham khảo tài liệu. Tiến hành đo đạc, kiểm tra, thu thập các thông số. Thiết kế các phiếu bài giảng thực hành cho mô hình.5 Kế hoạch nghiên cứu Đề tài được thực hiện gần 4 tháng, các công việc được bố trí như sau: Giai đoạn 1: Từ ngày 02 tháng 03 đến ngày 20 tháng 5 năm 2016.
- Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu nghiên cứu, phân tích tài liệu liên quan. Giai đoạn 2: Từ ngày 20 tháng 05 đến ngày 18 tháng 07 năm 2016. - Viết thuyết minh. - Hoàn thiện đề tài.
2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 2.1 Khái quát về Hybrid 2.1 Khái niệm chung Hybrid là công nghệ sử dụng kết hợp động cơ xăng và động cơ điện trong quá trình vận hành xe nhằm tiết kiệm tối đa nhiên liệu tiêu thụ và giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường, với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một Ắc quy cao áp. Nói một cách chính xác hơn, xe Hybrid được trang bị một động cơ đốt trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, một khối pin và một hay nhiều động cơ điện. Ngoài việc Ắc quy được nạp bằng máy phát thì Ắc quy còn được nạp điện với cơ chế nạp “thông minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng. Nhờ vậy mà ôtô 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.
1 Mô hình tổng quan xe Hybrid 2.2 Xu hướng phát triển của ô tô Hybrid Tại triển lãm Paris Salon vào năm 1899 đã có hai chiếc xe điện được ra mắt công chúng, khai sinh ra lịch sử của xe Hybrid, dòng xe “2 trong 1”. Những chiếc xe Hybrid đầu tiên đều có một động cơ xăng nhỏ và một động cơ điện bố trí theo kiểu song song, năng lượng được lưu trữ trong Ắc quy và có thể sạc khi xe đang chạy. Cho đến nay, ôtô Hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường. Có thể nói, công nghệ Hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường, ô tô chạy hoàn toàn bằng điện, hay chạy bằng nhiên liệu thân thiện với môi trường.2 Các thế hệ của Toyota Prius 2.1 Thế hệ thứ nhất 1997-2003 Là mẫu Hybrid được sản xuất đại trà đầu tiên trên thế giới, một bước đột phá trong việc kết hợp sự hiệu quả của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng và Motor điện.
Bên cạnh ngoai hình bắt mắt là mức độ tiêu thụ nhiên liệu ấn tượng: 5,7 L/100km. Khi mới ra mắt thị trường Mỹ, những trang thiết bị tiêu chuẩn trên Prius bao gồm hệ thống phanh ABS, điều hòa nhiệt độ phân vùng độc lập, cửa sổ điện, hệ thống âm thanh AM/FM/cassette, gói pin có tuổi thọ gần 170. 2 Toyota Prius thế hệ thứ nhất 2.2 Thế hệ thứ hai 2004-2009 Là sản phẩm đầu tiên của Toyota khai thác hệ thống Hybrid Synergy Drive, công nghệ động cơ Hybrid mới nhất của hãng. Hệ thống mới này sản sinh nhiều công suất hơn từ cả động cơ xăng và Motor điện, giúp khả năng tăng tốc của Prius có thể so sánh với dòng xe cỡ trung 4 xi-lanh.
Điểm ưu việt của Hybrid Synergy Drive so với những hệ thống khác trên thị trường chính là khả năng vận hành ở chế độ xăng hoặc điện, cũng như chế độ kết hợp năng lượng giữa động cơ xăng và Motor điện với mức tiêu thụ nhiên liệu ấn tượng hơn thế hệ đầu: 5,11 L/100 km. 3 Toyota Prius thế hệ thứ hai 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3 Thế hệ thứ ba 2010 Thế hệ thứ 3 hoàn toàn mới của Toyota Prius ra mắt công chúng tại triển lãm ôtô quốc tế Bắc Mỹ với tính năng vận hành hơn hẳn so với những phiên bản trước đó. Mức tiêu thụ nhiên liệu khiêm tốn: 4,7L/100 km của Prius 2010 là nhờ công đóng góp lớn của động cơ 1,8L Atkinson 4 xylanh công suất 98 mã lực. Một máy bơm điện và hệ thống tuần hoàn khí thải EGR giúp tăng hiệu suất động cơ.
Hệ thống Hybrid Synergy Drive ở thế hệ Prius thứ ba sẽ được cải tiến 90% so với ở model cũ. Một màn hình hiển thị thông tin giám sát mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải được trang bị như một thiết bị tiêu chuẩn trên Prius 2010. 4 Toyota Prius thế hệ thứ ba 2.4 Thế hệ thứ tư 2016 Có kiểu dáng thể thao, thừa hưởng từ mẫu FCV concept và phát triển dựa trên hiệu suất và tính năng môi trường. Phần đuôi xe vẫn giữ kiểu dáng đặc trưng của Prius.
Prius thế hệ này áp dụng hệ thống khung gầm mới và hệ thống Hybrid cải tiến giúp tiết kiệm nhiên liệu hơn 10% so với thế hệ thứ ba: 4,23L/100km. Toyota trang bị cho Prius 2016 nhiều công nghệ an toàn tiên tiến để bảo vệ cho hành khách ngồi trong. Điển hình là trang bị TSS “Toyota Safety Sense”: một gói tổng hợp các tính năng an toàn, cùng với tính năng phanh tự động trước va chạm. 5 Toyota Prius thế hệ thứ tư 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3 Phân loại ô tô Hybrid 2.1 Kiểu nối tiếp Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho Ắc quy hoặc cung cấp cho động cơ điện.
Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp Ắc quy và một sẽ dùng chạy động cơ điện. Động cơ điện ở đây còn có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh. Hệ thống này được gọi là hệ thống nối tiếp vì năng lượng truyền theo một quá trình liên tục (hoạt động của động cơ đốt trong và Motor điện tiến hành lần lượt). Một hệ thống hybrid nối tiếp gồm có hai Motor, một chính là Motor điện và một là máy phát điện có cấu trúc tương tự.
Loại nối tiếp này ít được phổ biến so với kiểu Hybrid song song do có nhiều nhược điểm. 6 Sơ đồ hệ thống Hybrid nối tiếp Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ không hoạt động ở chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường. Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ôtô. Mặt khác động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu xe chạy đường dài quá quãng đường đã quy định dùng cho Ắc quy.
Sơ đồ này có thể không cần hộp số. Nhược điểm : Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như: Kích thước và dung tích Ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song, động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho Ắc quy nên dễ bị quá tải.2 Kiểu song song Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song. Cả động cơ nhiệt và Motor điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo các điều kiện hoạt động khác nhau. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền Mômen chính, còn Motor điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc.
Hệ thống này chỉ có một Motor điện. Motor điện có hai chức năng chính. Chức năng thứ nhất là chuyển hóa điện năng được cung cấp từ Ắc quy thành cơ năng. Chức năng thứ hai là chuyển hóa ngược lại từ cơ năng thành điện năng để nạp lại cho pin.
Do vậy không thể cùng lúc vừa vận hành các bánh xe, vừa nạp điện vào bình Ắc quy.