BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------------------------------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH:CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC XE
HYBRID CĨ CẤU HÌNH TRUYỀN ĐỘNG SONG SONG
ĐỖ TIẾN QUYẾT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS-TS Phạm Hữu Nam

HÀ NỘI - 4/2014


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, do chính tơi nghiên
cứu và thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phạm Hữu Nam. Thông tin
và số liệu tham khảo sử dụng trong luận văn được trích dẫn đầy đủ nguồn tài liệu tại
danh mục tài liệu tham khảo là trung thực. Nội dung của luận văn hoàn toàn phù hợp
với tên đề tài đã được đăng ký và phê duyệt của hiệu trưởng trường Đại học Bách khoa
Hà nội.
Tác giả luận văn

1


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tên

Công suất động cơ đốt trong
Momen động cơ đốt trong
Số vòng quay của trục khuỷu
Lực kéo do động cơ đốt trong
Nhân tố động lực học của động cơ đốt trong
Vận tốc của xe
Gia tốc của xe khi dùng động cơ đốt trong
Thời gian tăng tốc của xe khi dùng động cơ đốt trong
Quãng đường tăng tốc của xe khi dùng động cơ đốt trong
Công suất mô tơ điện
Momen của mô tơ điện
Lực kéo do mô tơ điện
Nhân tố động lực học của mô tơ điện
Gia tốc của xe khi dùng mô tơ điện
Thời gian tăng tốc của xe khi dùng mô tơ điện
Quãng đường tăng tốc của xe khi dùng mô tơ điện
Nhân tố động lực học của chế dộ hybrid
Gia tốc của xe khi ở chế độ hybrid
Thời gian tăng tốc của xe ở chế độ hybrid
Quãng đường tăng tốc của xe ở chế độ hybrid
Khối lượng xe
Gia tốc trọng trường
Hệ số cản khơng khí
Diện tích cản chính diện
Hệ số cản lăn
Bán kính bánh xe
Hiệu suất hệ thống truyền lực
Tỷ số truyền lực chính
Tỷ số truyền tại số i


2

Ký hiệu
Ne
Me
ne
Pk
D
v
j
t
S
Nmotor
Mmotor
Pm
Dm
jm
tm
Sm
Dh
jh
th
Sh
m
g
k
F
f
rbx


ηt

i0
ihi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Xe hybrid
Hình 1.1 Lượng tiêu thụ nhiên liệu trong các năm
Hình 1.3. Lượng tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới
Bảng 1.4. Thống kê nguồn năng lượng năm 2000
Bảng 1.5. Tiêu chuẩn Mỹ đối với ơ tơ du lịch (tính theo g/dặm quy trình FTP75)
Bảng 1.6. Tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu đối với ô tô tải hạng nhẹ
Bảng 1.7 Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng
Hình 1.8 Đặc tính của động cơ đốt trong
Hình 1.9:Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hybrid
Hình 1.10. Hệ thống hybrid nối tiếp
Hình 1.11. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp
Hình 1.12. Hệ thống hybrid song song
Hình 1.13. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song
Hình 1.14. Hệ thống hybrid hỗn hợp
Hình 1.15. Phân loại xe hybrid
Hình 2.1. Sơ đồ chung của truyền lực hybrid
Hình 2.2. Đường đặc tính ngồi của động cơ xăng
Hình 2.3. Đường đặc tính cục bộ động cơ xăng
Hình 2.4. Đặc tính tiêu hao nhiên liệu động cơ xăng
Hình 2.5 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào công suất sử dụng
Hình 2.6: Đường đặc tính của ba loại động cơ điện.
Hình2.7:Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.
Hình2.8:Đường đặc tính của các loại động cơ điện 1 chiều

Hình 2.9:Sơ đồ mạch tương ứng của động cơ điện kích từ nối tiếp
Hình 2.10. Bánh răng hành tinh

3


Hình 2.11. Đặc tính cơng suất của ắc quy
Hình 2.12. Đặc tính ắc quy với điện áp trung bình là 12 và 36V
Bảng 2.13. Đặc điểm các loại ắc quy
Hình 2.14. Mơ hình ắc quy trên xe hybrid
Hình 2.15. Mơ hình tính ắc quy
Hình 2.16 Bộ kết nối momen
Hình2.17:Một số thiết bị kết nối mơmen
Hình 2.18:Cấu hình 2 trục
Hình 2.19:Cấu hình 1 trục
Hình 2.20: Kết nối tốc độ
Hình 2.21:Hệ bánh răng hành tinh Willson
Hình 2.21:Transmoto
Hình 2.22:Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh răng
hành tinh
Hình 2.23:Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu transmoto
Hình 2.24 : Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ mômen và tốc độ với hệ bánh răng
hành tinh
Hình 2.25 Sơ đồ hệ thống hybrid song song kết nối momen
Hình 2.26. Chương trình điều khiển tống thể của hệ thống truyền lực hybrid song song
kết nối cơ khí
Hình 2.27 Biểu diễn các chế độ làm việc trên cơ sở cơng suất u cầu
Hình 2.28 Biểu đồ chiến lược điều khiển Max.SOC-of-PPS

4



Hình 2.29 Minh họa chiến lược tắt mở động cơ
Hình 3.2 Đặc tính cơng suất động cơ đốt trong
Hình 3.3. Đồ thị cơng suất động cơ đốt trong
Hình 3.4. Đồ thị momen động cơ đốt trong
Hình 3.5. Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid cấu hình song song sử dụng bộ kết nối
momen
Hình 3.6. Đồ thị lực kéo tại bánh xe chủ động theo các tay số truyền
Hình 3.7 Đồ thị nhân tố động lực học của động cơ đốt trong
Hình 3.8 Đồ thị 1/j của động cơ đốt trong
Đồ thị 3.9 Thời gian tăng tốc của xe
Hình 3.10. Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe
Hình 3.11. Đồ thị cơng suất của mơ tơ điện
Hình 3.12. Đồ thị momen của mơ tơ điện
Hình 3.13. Đồ thị lực kéo của mơ tơ điện
Hình 3.14 Đồ thị nhân tố động lực học của mơ tơ điện
Hình 3.15 Đồ thị 1/j của mô tơ điện
Đồ thị 3.16 Thời gian tăng tốc của xe
Hình 3.17. Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe
Hình 3.18 Đồ thị lực kéo ở chế độ hybrid
Hình 3.19 Đồ thị nhân tố động lực học của chế độ hybrid
Hình 3.20 Đồ thị 1/j của chế độ hybrid
Hình 3.21 Thời gian tăng tốc của xe

5


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................................................................8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID ..................................................................................... 10
1.1 Khái niệm về xe hybrid ............................................................................................................... 10
1.2 Tiền đề về sự phát triển của xe hybrid ......................................................................................... 11
1.3. Ý nghĩa của xe hybrid ................................................................................................................. 12
1.3.1 Tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt ...................................................... 12
1.3.2 Giảm lượng khí xả ơ nhiễm mơi trường ................................................................................ 16
1.4 Đặc điểm của xe Hybrid HEV ..................................................................................................... 20
1.5 Phân loại HEV ............................................................................................................................. 22
1.5.1 Cấu hình nối tiếp .................................................................................................................. 22
1.5.2 Cấu hình song song ............................................................................................................... 24
1.5.3 Cấu hình hỗn hợp ................................................................................................................. 25
1.6 Mức độ Hybrid ............................................................................................................................. 26
1.7.Đặt vấn đề nghiên cứu.................................................................................................................. 27
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID SONG SONG ..................... 30
2.1 Sơ đồ truyền lực hybrid song song............................................................................................... 30
2.2.Các chê độ hoạt động của xe hybrid song song ........................................................................... 31
2.3Các cụm chi tiết chính trên cấu hình hybrid song song ................................................................ 31
2.3.1Động cơ nhiệt: ........................................................................................................................ 31
2.3.2 Mô tơ điện ............................................................................................................................. 35
2.3.3Hệ thống truyền lực ................................................................................................................ 38
2.3.4 Ắc quy ................................................................................................................................... 39
2.3.5 Bộ kết nối .............................................................................................................................. 44
2.4 Chiến lược điều khiển của hệ thống truyền lực hybrid ................................................................ 53
2.4.1 Mục tiêu của chiến lược điều khiển ...................................................................................... 53
2.4.2 Chiến lược điều khiển ........................................................................................................... 54
2.4.3 Chiến lược điều khiển nạp điện ắc quy cực đại..................................................................... 56
2.4.4 Chiến lược điều khiển động cơ On-Off ................................................................................. 60

6



CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG, ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE HBYRID CẤU
HÌNH SONG SONG .............................................................................................................................. 62
3.1Mục tiêu xây dựng, đánh giá tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song .............. 62
3.2. Phương pháp xây dựng, đánh giá tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song ..... 62
3.3 Nội dung xây dựng tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song. .......................... 62
3.3.1 Xây dựng tính chất động lực học của động cơ đốt trong ...................................................... 62
3.3.2 Xây dựng nhân tố động lực học cho mô tơ điện ................................................................... 70
3.3.3. Xây dựng tính chất động lực học của xe ở chế độ hybrid .................................................... 76
KẾT LUẬN ............................................................................................................................................ 82
PHỤ LỤC............................................................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................... 91

7


LỜI NĨI ĐẦU

Nước ta đang từng bước cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa, cùng với q trình đó
thì ngành cơng nghiệp ơ tơ đóng vai trị to lớn trong cơng cuộc xây dựng đất nước. Ơ tơ
dần trở thành phương tiện được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy
nhiên nguồn năng lượng dầu mỏ đang dần cạn kiệt đã trở thành mối lo ngại lớn cho
tương lai của ngành cơng nghiệp ơ tơ. Khi có một nguồn nhiên liệu mới thay thế hoàn
toàn cho nhiên liệu dầu mỏ thì việc nâng cao tính tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô là vô
cùng cấp thiết. Một trong những giải pháp để nâng cao tính tiết kiệm nhiên liệu trên ô
tô là sử dựng ô tô hybrid.
Với mong muốn giúp cho những kỹ thuật viên, những người lái xe hiểu biết về
xe hybrid PHEV, cũng như có thêm nguồn tài liệu tham khảo về xe PHEV. Luận văn
sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết thông qua việc xây dựng mơ hình tính tốn
động lực học của xe hybrid có cấu hình song song.

Đề tài “Xây dựng mơ hình tính tốn động lực học xe hybrid có cấu hình truyền
động song song’’ được thực hiện với các mục tiêu sau :
-Đặc điểm hệ truyền động và các chế độ sử dụng nguồn năng lượng của xe
hybird
-Cấu hình truyền động song song của xe hybrid;
-Xây dựng mơ hình tính tốn động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động
song song.
Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ơ tơ và xe chun dụng, Viện cơ khí động lực
trường Đại học Bách khoa Hà nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Phạm Hữu Nam.
Tác giả xin chần thành cám ơn sự hướng dẫn tận tụy của PGS.TS. Phạm Hữu Nam và
các thầy trong Bộ mơn Ơ tơ và xe chun dụng. Do thời gian, trình độ cịn những hạn
8


chế nhất định nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong được sự
quan tâm, đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn đồng nghiệp để đề tài được hồn
thiện hơn trong q trình nghiên cứu tiếp theo.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày

9

tháng

năm


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID
1.1 Khái niệm về xe hybrid

Xe hybrid là loại xe sử dụng hai nguồn động lực: Động cơ đốt trong và động cơ
điện. Sự hoạt động của xe này là sự kết hợp hoạt động giữa động cơ đốt trong và động
cơ điện sao cho tối ưu nhất. Một bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong
hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và khi nào cả hai cùng hoạt động.

Hình 1.1 Xe hybrid
Chế độ làm việc của ô tô trong điều kiện thực tế phụ thuộc vào rất nhiều thông
số như: tải trọng, tốc độ, hệ số bám, độ nghiêng bề mặt đường,…. Do đó trong từng
điều kiện cụ thể công suất cần thiết của nguồn động lực trên xe là khác nhau. Ở ô tô chỉ
sử dụng một động cơ đốt trong hay động cơ điện trong nhiều điều kiện thì cơng suất
phát ra và cơng suất cần thiết có sự khác biệt. Điều này gây ra sự lãng phí cơng suất
khơng cần thiết. Xe hybrid sử dụng hai nguồn động lực là động cơ đốt trong và động
cơ điện với mục tiêu là tận dụng những ưu điểm của từng loại động cơ để đưa ra được
công suất tối ưu phù hợp nhất với từng điều kiện làm việc của xe khi sử dụng và tái tạo
10


năng lượng hữu ích trong q trình phanh. Do đó xe hybrid so với xe truyền thống chỉ
sử dụng động cơ đốt trong và động cơ điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất sử dụng
nhiên liệu cao.
1.2 Tiền đề về sự phát triển của xe hybrid
Những chiếc xe hybrid đầu tiên được triển lãm ở Paris Salon năm 1899. Nó
được chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và cơng ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly
của Pháp. Xe Pieper là một kiểu xe lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát
bằng gió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì. Ắc quy sẽ được nạp khi
xe đang chạy đều trên đường cao tốc hoặc khi xe hoạt động tại chỗ. Khi công suất dẫn
động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, motor điện sẽ cung cấp thêm
công suất cho động cơ. Nó là một trong hai chiếc xe hybrid đầu tiên và là chiếc xe lai
song song đầu tiên và khơng nghi ngờ rằng nó cũng là chiếc xe khởi động điện đầu
tiên.

Khái niệm xe lai điện thật sự trở nên hấp dẫn vào thập niên 90 khi một điều trở
nên chắc chắn rằng xe điện không bao giờ đạt đến mục tiêu tiết kiệm năng lượng. Tập
đồn Ford Motor khởi động chương trình “Thách thức xe lai điện Ford” thu hút những
nỗ lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe lai cho sản xuất ô tô.
Các nhà sản xuất xe hơi trên thế giới đã xây dựng nhiều mẫu động cơ lai đạt đến
tính tiết kiệm nhiên liệu thật tuyệt vời so với các phiên bản động cơ đốt trong trước
đây. Tại Mỹ, Dodge đã xây dựng mẫu xe Intrepid ESX 1, 2, và 3. ESX1 là xe lai điện
bố trí nối tiếp, công suất được cung cấp bởi động cơ diesel tăng áp nhỏ 3 xylanh và bộ
nguồn ắc quy, 2 động cơ điện công suất 100 hp được đặt ở hai bánh sau.Nỗ lực
của người châu Âu được thể hiện qua chiếc French Renault Next, là chiếc xe lai điện
cỡ nhỏ sử dụng động cơ đốt cháy cưỡng bức 750 cc và 2 motor điện. Nó có thể đạt tốc
độ tối đa là 29.4 km/l (70 mpg) và đặc tính tăng tốc tương đương với kiểu xe truyền
thống. Volkswagen cũng cho ra mẫu Chico, về cơ bản nó là một chiếc xe điện, với bộ
11


ắc qui nickel–metal hydride và một động cơ kích từ ba pha. Một động cơ xăng nhỏ hai
xy lanh dùng để nạp lại cho ắc quy và cung cấp thêm công suất khi hoạt động tốc độ
cao.Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo
ra bởi các nhà sản xuất người Nhật. Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius
ở Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid. Những chiếc xe trên hiện
đang lưu thông trên tồn thế giới. Chúng có thể đạt đến tính năng tiêu thụ nhiên
liệu tuyệt hảo Toyota Prius và các dịng xe Honda có một giá trị lịch sử vì chúng là
những chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp ứng
vấn đề tiêu thụ nhiên liệu trên xe.
1.3. Ý nghĩa của xe hybrid
1.3.1 Tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt
Hầu hết nhiên liệu sử dụng cho phương tiện giao thông là nhiên liệu lỏng được
chiết suất từ dầu mỏ là nhiên liệu hóa thạch được hình thành sau 400- 600 triệu năm.
Chính vì vậy dầu mỏ là nguồn nhiên liệu có hạn. Mặt khác lượng tiêu thụ nhiên liệu

của thế giới tăng lên nhanh chóng hàng năm theo đà tăng trưởng kinh tế

Hình 1.2. Lượng tiêu thụ nhiên liệu trong các năm

12


Hình 1.3. Lượng tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới
Theo biểu đồ 1.2 và 1.3 ta có thấy sự tăng lên nhanh chóng lượng sử dụng của thế giới
theo xu hướng phát triển ngày càng cao. Và cũng theo hình 1.3 ta còn thấy lượng nhiên
liệu dầu mỏ được sử dụng chủ yếu vào lĩnh vực giao thông vận tải.
Bảng 1.4. Thống kê nguồn năng lượng năm 2000

Mặt khác theo bảng 1.3 ta có thể thấy được lượng dầu mỏ còn lại chưa được
phát hiện và chưa được khai thác trên thế giới. Như vậy nguồn năng lượng hóa thạch
chỉ đủ duy chì đến năm 2038 như hình 1.4 . Bởi vậy mà trong gia đoạn hiện nay yêu
cầu cấp thiết của ngành giao thơng vận tải là tìm các giải pháp để giải quyết vấn đề
năng lượng trong tương lai.

13


Tìm và phát triển nguồn năng lượng mới : Phát triển các nguồn năng lượng sạch
có sẵn trong tự nhiên như : năng lượng gió, năng lượng điện mặt trời.... Ưu điểm của
những nguôn năng lượng này là năng lượng hồn tồn sạch với mơi trường, có khả
cung cấp trong thời gian dài. Nhược điểm giá thành khai thác lớn, khó có thể khai thác
với cơng suất lớn .
Phát triên các nguôn năng lượng kết hợp với nguồn năng lượng dầu mỏ để giảm bớt sự
phụ thuộc và năng lượng dầu mỏ như Ethanol. Đây là loại xăng pha cồn sinh học, sẽ
làm giảm bớt khí thải C02 ra khơng khí, là một loại nhiên liệu thân thiện hơn với môi

trường, đông thời người tiêu dùng sẽ tiết kiệm chi phí so với giá xăng thơng thường
(A92).
Phát triên các ngn năng lượng thay thế hồn tồn khơng phụ thuộc vào năng
lượng dâu mỏ cũng đang rât phổ biến. Một số loại đã được áp dụng trong thực tế. Các
phát triển về năng lượng thay thế trong giai đoạn hiện nay là:
Biodiesel: Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính
chất giống với dầu diesel nhưng khơng phải được sản xuất tị dầu mỏ mà tị dầu thực
vật hay mỡ động vật. Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng
lượng sạch. Mặt khác chúng không độc và dễ phân giải trong tự nhiên.
Biogas: là 1 loại khí sinh học, được sản xuất từ việc lên men yếm khí các loại
phân hữu cơ hay xác động, thực vật.
Khí hố lỏng LPG, Khí thiên nhiên nén CNG: Thành phần hóa học chủ yếu của
LPG là Propan (C3H8) và Butan (C4H10), thành phần hóa học của CNG chủ yếu là
Metan (CH4) và các Hydrocacbon khác như là Etan, Propan . . .
Hydro: Là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu
trong thiên nhiên. Đặc điểm quan trọng của hydro là sản phẩm cháy của chúng chỉ là
nước (H20), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng.
14


Như vậy các nguồn năng lượng mới đang phát triển đều có ưu điểm chung là
nhiên liệu sạch thải ra ít chât độc hại hơn năng lượng dầu mỏ. Nhưng các nguồn năng
lượng này chưa thê thay thê được nhiên liệu dầu mỏ vì vẫn cịn nhiều các tồn tại cần
giải quyết: chưa thê sản xuât trên quy mô lớn như biogas, ảnh hưởng an ninh lương
thực như biodiezel, ethanol, đang cịn tơn tại trong vấn đề cơng nghệ và giá thành như
Hydro khí hóa lỏng LPG.
Sự phát triên của các phương tiện hiện tại: Hiện nay đi đôi với việc phát triển
các phương tiện mới ưu việt hơn, tối ưu các phương tiện hiện tại cũng là một giải pháp
vơ cùng hữu hiệu:
Hồn thiện động cơ diezel; Các kỹ thuật mới để nâng cao tính năng của nó bao

gồm áp dụng hệ thông phun commonrail điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí
trên đường xả băng hoặc nâng cao chât lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có
hàm lượng lưu huỳnh cực thấp.
Ơ tơ chạy băng các loại nhiên liệu lỏng thay thế: Các loại nhiên liệu lỏng thay
thế hiện nay là cồn, colza,... có nguồn từ thực vật. Do thành phần c trong nhiên liệu
thấp nên q trình cháy sinh ra ít chất ơ nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2.
Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế vẫn còn rất hạn chế do giá
thành của nhiên liệu cịn cao ảnh hưởng an ninh lương thực.
Ơ tơ chạy bằng khí thiên nhiên: có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe
ơ tơ đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng. Một trong
những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên
phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ơ
tơ.
Ơ tơ chạy bằng điện: ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero
emission) đối với mơi trường khơng khí trong thành phố. Tuy nhiên ơ tơ điện vẫn cịn
15


nhiều vấn đề cần giải quyết khi lượng điện dự trữ trong ắc quy chưa được cao. Sự phát
triển xe chạy băng pin nhiêu liệu: công nghệ pin nhiên liệu có thể được phát hiện vào
năm 1839 bởi ơng William Grove, và trong quá trình phát triển dài đến ngày nay. o tô
lai (hybrid): ô tô lai là loại ô tơ sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau
Trong khi các giải pháp sử dụng ô tơ chạy hồn tồn bằng điện cịn nhiều bất
cập thì ô tô hybrid sử dụng động cơ điện và động cơ đốt trong tỏ ra có nhiều ưu thế
nhất. Ơ tô lai dạng này sử dụng động cơ điện một chiều chạy bằng ắc quy được nạp
điện bằng điện lưới khi ô tô dừng và nạp điện bổ sung từ cụm động cơ đốt trong -mát
phát điện mọt chieu bo trí trên xe. Động cơ đơt trong chỉ làm việc ở chế độ ổn định
nên hiệu suất đạt được là tối ưu. Động cơ nhiệt ở đây có thể là động cơ Diesel hay
động cơ nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí dâu mỏ hố lỏng LPG)... Chính vì vậy ô tô
lai điện- động cơ đôt trong ngoài ưu điêm có mức độ phát ơ nhiễm thấp cịn có hiệu

suất sử dụng năng lượng rất cao. Do đó xe hybrid chính là xu hướng phát triển chính
của xe hơi hiện đại ngày nay.
1.3.2 Giảm lượng khí xả ơ nhiễm mơi trường
Ngày nay vấn đề ô nhiễm môi trường cùng với sự nóng lên của Trái đất đã trở
thành vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống của mỗi
chúng ta. Một trong các nguyên nhân của ô nhiễm môi trường cũng như sự nóng lên
của Trái đất là lượng khí xả ơ nhiễm từ các động cơ đốt trong trên các phương tiện giao
thông vận tải. Cùng với xu hướng sử dụng xe hơi không ngừng tăng lên như hiện nay
sẽ là vấn nạn ô nhiễm mơi trường trầm trọng nếu chúng ta khơng có biện pháp xử lý
kịp thời. Chính vì vậy ngày nay tại các quốc gia có nền sản xuất xe hơi phát triển cũng
như tại Việt nam, tiêu chuẩn khí xả của xe hơi đã không ngừng được nâng cao nhằm
hạn chế tới mức tối đa lượng khí xả độc hại mà động cơ đốt trong thải vào môi trường.
Dưới đây là bảng tham khảo một sơ tiêu chuẩn khí xả của Mỹ, Tây Âu, Nhật Bản và
Việt Nam
Bảng 1.5 giới thiệu sự thay đổi về giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong khí
16


xả ô tô ở Mỹ theo thời gian đối với ô tô du lịch. Giới hạn này được áp dụng ở hầu hết
các bang trừ California và NewYork (những bang có u cầu khắc khe hơn) và đo theo
quy trình FTP75. Các bang này cho thấy mức độ khắc khe của tiêu chuẩn tăng dần theo
thời gian: nồng độ cho phép của CO từ 84g/dặm năm 1960 giảm xuống còn 3,4g/dặm
hiện nay (giảm khoảng 25 lần); nồng độ HC cũng trong thời gian đó giảm từ
10,6g/dặm xuống cịn 0,25g/dặm (giảm khoảng 40 lần); mức độ giảm NOx có thấp
hơn, từ 4,1 xuống 0,4 (giảm khoảng 10 lần).
Bảng 1.5. Tiêu chuẩn Mỹ đối với ơ tơ du lịch (tính theo g/dặm quy trình FTP75)

Với châu Âu
Mức độ phát sinh ơ nhiễm cho phép đối với ô tô du lịch v
à ô tơ tải hạng nhẹ theo quy trình thử ECE áp dụng ở cộng đồng Châu Âu cho ở bảng

1.6.

17


Bảng 1.6. Tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu đối với ô tô tải hạng nhẹ

Với Nhật Bản
Đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng.Tiêu chuẩn Nhật Bản theo chu trình thử 10
chế độ và 11 chế độ ứng với các loại ơ tơ khác nhau trình bày trên các bảng 4,5,6
Bảng 1.7 Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng

18


Để đảm bảo các tiêu chuẩn ngày càng khắt khe về phát thải như trên địi hỏi mỗi
chiếc ơ tơ hiện đại ngày nay khơng ngừng hồn thiện. Đã có nhiều biện pháp về mặt
kết cấu được đưa ra như: hoàn thiện buồng đốt, hoàn thiện hệ thống nạp, xả, hoàn thiện
hệ thống đánh lửa, …Tuy nhiên nếu vẫn chỉ sử dụng động cơ đốt trong là nguồn động
lực duy nhất thì trong q trình làm việc chiếc xe khơng thể tự khắc phục được nhược
điểm cố hữu của loại động cơ này là: đặc tính của động cơ đốt trong khơng phù hợp với
đặc tính tối ưu với nguồn động lực trên ơ tơ.
Dựa vào đặc tính làm việc của động cơ trên hình vẽ, ta thấy động cơ đốt trong sẽ
làm việc hiệu quả, với lượng khí xả ít nhất nằm trong đường hoạt động tối ưu. Tuy
nhiên trong thực tế trong quá trình sử dụng thì động cơ đốt trong phải làm việc với nhất
nhiều chế độ làm việc khác nhau như: khởi động, tải nhẹ, tải trung bình, tăng tốc, tải
nặng…Những đặc điểm làm việc này của động cơ hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện
sử dụng khách quan như: tốc độ xe, độ dốc của đương, tải trọng của xe…Vì vậy những
đặc điểm này nó sẽ làm động cơ đốt trong làm việc ở mọi phần trên đường đặc tính chứ
khơng phải chỉ làm việc trong vùng đường hoạt động tối ưu


Hình 1.8 Đặc tính của động cơ đốt trong

19


.

Do đó lượng khí xả ơ nhiễm mơi trường của động cơ khó mà khắc phục triệt để

mặc dù đã nhiều biện pháp kết cấu để cải tiến kết cấu của động cơ. Xe hybrid sẽ khắc
phục được nhược điểm căn bản của động cơ đốt trong bằng cách kết hợp động cơ đốt
trong với một động cơ điện. Khi có thêm một động cơ điện c ta có thể điều khiển chế
độ làm việc của động cơ đốt trong theo ý muốn, cụ thể là ta sẽ chỉ cho động cơ đốt
trong làm việc trong đường làm việc tối ưu mà thơi. Khi đó rõ ràng thì lượng khí thải ô
nhiễm từ động cơ đốt trong được giảm rõ rệt. Vì vậy xe hybrid đang là xu hướng chủ
đạo của nền công nghiệp ô tô hiện nay.
1.4 Đặc điểm của xe Hybrid HEV

Hình 1.9:Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hybrid
Trên đây là sơ đồ nguyên lý hoạt động chung của loại xe HEV. Động cơ điện
được sử dụng để khởi động xe, trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ.
Động cơ điện cịn có cơng dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe tăng tốc cực
đại hoặc leo dốc. Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ điện được sử dụng như một
máy phát để nạp điện cho ắc quy. Không giống như các phương tiện sử dụng động cơ

20


điện khác, động cơ HEVs không cần nguồn điện bên ngoài, động cơ đốt trong sẽ cung

cấp năng lượng cho ắc quy khi cần thiết.
Các chế độ làm việc của hệ thống Hybrid :
− Động cơ đốt trong một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy. Chế độ này
được sử dụng trong vùng tối ưu của động cơ đốt trong. Khi xe đạt đến một tốc độ đã
được xác định từ đặc tính động cơ, động cơ sẽ được khởi động và khi động cơ đạt được
số vòng quay ở vùng tối ưu thì động cơ điện sẽ tắt và xe được chạy hoàn toàn bằng
động cơ đốt trong.
− Động cơ điện một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy. Chế độ này được sử
dụng khi xe chạy ở chế độ khởi hành, vận hành xe ở tốc độ thấp, hay địa hình hạn chế
phát thải ơ nhiễm. Do đặc tính của động cơ điện có mơmen lớn ở số vịng quay thấp
nên tận dụng được mơmen. Khi ở số vịng quay thấp động cơ đốt trong có mức tiêu thụ
nhiên liệu lớn do đó sử dụng động cơ điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu ,và không phát sinh
phát thải độc hại.
− Cả hai động cơ đốt trong và điện truyền năng lượng để đẩy xe chạy. Chế độ này
được sử dụng trong quá trình tăng tốc hay leo dốc. Khi xe tăng tốc đến tốc độ mà động
cơ đốt trong vượt ra khỏi dải tối ưu thì động cơ điện lại được khởi động bổ sung năng
lượng giúp đẩy xe. Công suất hai động cơ được kết nối đẩy xe tăng tốc cực đại hay cần
mômen để vượt dốc.
− Ắc quy thu năng lượng từ tải (phanh tái sinh). Trong quá trình phanh năng
lượng được thu hồi và lưu tại pin để tái sử dụng sau thông qua một động cơ điện. Năng
lượng sinh ra khi phanh trên xe thơng thường chuyển hóa thành nhiệt năng, cịn trên xe
hybrid hệ thống phanh được cải tiến để thu hồi năng lượng chuyển thành điện năng nạp
điện cho ắc quy.

21


− Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong. Chế độ mà động cơ đốt trong nạp
năng lượng cho pin khi xe dừng lại lúc đó khơng có năng lượng đi tới tải hoặc khi ắc
quy cần nạp điện. Khi xe dừng lại động cơ đốt trong có thể được tắt, nhưng nếu ắc quy

cần nạp điện thì năng lượng từ động cơ không truyền tới bánh xe mà truyền qua động
cơ điện để nạp cho ắc quy.
− Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong và từ tải đồng thời. Khi xe xuống
dốc, năng lượng từ động cơ tới động cơ điện do khơng có cản, lúc này lực cản quán
tính sẽ âm. Năng lượng do lực này sinh ra sẽ cấp điện nạp cho ắc quy.
− Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và ắc quy đồng thời. Khi ắc quy cần
nạp điện (sắp hết điện), dòng năng lượng từ động cơ chia thành hai dòng tới động cơ
điện để nạp cho ắc quy và tới bánh xe chủ động.
− Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới ắc quy và động cơ điện nhận năng
lượng từ ắc quy truyền tới tải .
− Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và tải truyền năng lượng tới ắc quy
thông qua động cơ điện .

1.5 Phân loại HEV
Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện ta có thể phân loại
xe hybrid HEV thành 3 cấu hình: Cấu hình nối tiếp, cấu hình song song, cấu hình hỗn
hợp
1.5.1 Cấu hình 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 .

22


Hình 1.10. Hệ thống hybrid nối tiếp
Dịng 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 cịn có vai trị như một máy phát điện (tái sinh năng
lượng)
khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh.


Hình 1.11. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp
Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên
giảm được ô nhiễm mơi trường, Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối

23


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 ăcquy. Sơ đồ này có thể khơng 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.
1.5.2 Cấu hình 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 trị là nguồn năng
lượng truyền moment chính cịn motor điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc
vượt dốc.
Kiểu này không cần dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tính năng giao
hốn lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc-quy trong các chế độ hoạt động bình
thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian, nó có thể khởi động động cơ
đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc-quy.
Ưu điểm: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng,
mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệt nên dung lượng bình ắc-quy
nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn
hợp.
Nhược điểm: Động cơ điện cũng như bộ phận điều khiển motor điện có kết cấu
phức tạp, giá thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế cơng suất lớn hơn kiểu lai nối

tiếp. Tính ơ nhiễm mơi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu không cao.

24