B phân chia công su t (Power Split Device-PSD) – Trái tim c a h th ng đng ộ ấ ủ ệ ố ộ
l c Hybrid Toyota Priusự
Trong h th ng đng l c ô tô Toyota Prius, m t b ph n tr ng tâm quy t đnhệ ố ộ ự ộ ộ ậ ọ ế ị
s phân ph i công su t gi a các ngu n đi n và nhi t, đó là B phân chia côngự ố ấ ữ ồ ệ ệ ộ
su t (Power Split Device-PSD).ấ
1. L i m đuờ ở ầ
K t năm 1885, khi chi c ô tô đu tiên c a th gi i ra đi đn nay, ô tô đã trể ừ ế ầ ủ ế ớ ờ ế ở
thành m t ph ng ti n v n t i không th thi u trong đi s ng c a con ng i. Cùngộ ươ ệ ậ ả ể ế ờ ố ủ ườ
v i s phát tri n c a kinh t và xã h i, thì s l ng ô tô đã không ng ng tăng lên.ớ ự ể ủ ế ộ ố ượ ừ
Tuy nhiên, s gia tăng v s l ng ô tô đã làm n y sinh hai v n đ nan gi i: ôự ề ố ượ ả ấ ề ả
nhi m môi tr ng do khí th i ô tô t o ra và ngu n nhiên li u d u m đang d n c nễ ườ ả ạ ồ ệ ầ ỏ ầ ạ
ki t.ệ
oyota là hãng xe luôn đi đu trong vi c đu t phát tri n các công ngh m i cho ôầ ệ ầ ư ể ệ ớ
tô đ t n d ng t t nh t ngu n năng l ng c a nhiên li u và gi m thi u t i đa ôể ậ ụ ố ấ ồ ượ ủ ệ ả ể ố
nhi m môi tr ng. M c tiêu s n xu t ra các lo i xe thân thi n v i môi tr ng, ti tễ ườ ụ ả ấ ạ ệ ớ ườ ế
ki m nhiên li u đc Toyota đ cao nh m t trách nhi m và m c tiêu phát tri n.ệ ệ ượ ề ư ộ ệ ụ ể
M t trong nh ng thành công n i tr i c a Toyota là cho ra đi công ngh Hybrid, côngộ ữ ổ ộ ủ ờ ệ
ngh này đã đc áp d ng trên chi c Toyota Prius.ệ ượ ụ ế
T khi ra đi t i Tokyo Nh t B n cho đn nay, Toyota Prius đã tr i qua ba thừ ờ ạ ậ ả ế ả ế
h và đã hai l n đt gi i th ng “Xe c a năm”, đng th i đt gi i th ng “B o vệ ầ ạ ả ưở ủ ồ ờ ạ ả ưở ả ệ
khí h u toàn c u” t i M do EPA trao. Năm 1998, Toyota xu t kh u h ng thángậ ầ ạ ỹ ấ ẩ ằ
kho ng 20.000 chi c Prius cho th tr ng B c M và châu Âu. Tính t năm 2000 đnả ế ị ườ ắ ỹ ừ ế
2007, t ng doanh s c a Prius t i M là 500.000 chi c. Và sau đó doanh s bán ra c aổ ố ủ ạ ỹ ế ố ủ
ô tô Toyota Hybrid không ng ng tăng lên.ừ
Trong h th ng đng l c ô tô Toyota Prius, m t b ph n tr ng tâm quy t đnh sệ ố ộ ự ộ ộ ậ ọ ế ị ự
phân ph i công su t gi a các ngu n đi n và nhi t, đó là B phân chia công su tố ấ ữ ồ ệ ệ ộ ấ
(Power Split Device-PSD).
2. C u t o và nguyên lí làm vi cấ ạ ệ
a. C u t oấ ạ
Toyota Prius s d ng k t h p hai ngu n đng l c là đng c đt trong và đngử ụ ế ợ ồ ộ ự ộ ơ ố ộ
c đi n. Đng c đt trong là m t đng c nhi t 1NZ-FXE s d ng nhiên li u xăng,ơ ệ ộ ơ ố ộ ộ ơ ệ ử ụ ệ
còn đng c đi n đây là m t t h p motor-máy phát đi n, nó là m t motor đi n khiộ ơ ệ ở ộ ổ ợ ệ ộ ệ
c n cung c p c năng cho h th ng ho t đng và là máy phát đi n đ n p đi n choầ ấ ơ ệ ố ạ ộ ệ ể ạ ệ
acquy khi t n d ng ngu n năng l ng d th a c a đng c nhi t ho c tái sinh năngậ ụ ồ ượ ư ừ ủ ộ ơ ệ ặ
l ng trong quá trình phanh gi m t c đ, xu ng d c,… B phân chia công su t ph iượ ả ố ộ ố ố ộ ấ ố
h p hai ngu n đng l c này m t cách t i u nh t đ t n d ng t i đa ngu n năngợ ồ ộ ự ộ ố ư ấ ể ậ ụ ố ồ
l ng, giúp ti t ki m nhiên li u.ượ ế ệ ệ
B phân chia công su tộ ấ (PSD) th c ch t là m t h bánh răng hành tinh trong đó:ự ấ ộ ệ
- Vành răng bao liên k t v i t h p motor-máy phát s 2 (MG2). Tr c vành răngế ớ ổ ợ ố ụ
bao cũng là tr c ra c a b phân chia công su t, truy n momen qua m t h bánh răngụ ủ ộ ấ ề ộ ệ
t i tr c bánh xe.ớ ụ
- Bánh răng m t tr i liên k t v i t h p motor-máy phát s 1 (MG1).ặ ờ ế ớ ổ ợ ố
- Giá c a các bánh răng v tinh liên k t v i tr c ra đng c nhi t.ủ ệ ế ớ ụ ộ ơ ệ
Hình 2.1. S đ c u t o b phân chia công su t PSDơ ồ ấ ạ ộ ấ
b. Nguyên lí làm vi cệ
C m bánh răng hành tinh trong b phân chia công su t có nhi m v chia côngụ ộ ấ ệ ụ
su t t đng c chính c a xe thành hai thành ph n t m g i là ph n dành cho c vàấ ừ ộ ơ ủ ầ ạ ọ ầ ơ
ph n dành cho đi n. Các bánh răng hành tinh c a nó có th truy n công su t đnầ ệ ủ ể ề ấ ế
đng c chính, đng c đi n – máy phát và các bánh xe ch đng trong h u h t cácộ ơ ộ ơ ệ ủ ộ ầ ế
đi u ki n khác nhau. Các bánh răng hành tinh này ho t đng nh m t h p s vô c pề ệ ạ ộ ư ộ ộ ố ấ
(Continuously Variable Transmission- CVT).
MG1 có nhi m v n p đi n tr l i cho c quy đi n áp cao đng th i c p đi nệ ụ ạ ệ ở ạ ắ ệ ồ ờ ấ ệ
năng đ d n đng cho MG2. MG1 ho t đng nh m t mô t đ kh i đng đng cể ẫ ộ ạ ộ ư ộ ơ ể ở ộ ộ ơ
chính c a xe đng th i đi u khi n t s truy n c a b truy n bánh răng hành tinhủ ồ ờ ề ể ỷ ố ề ủ ộ ề
g n gi ng nh m t CVT. MG2 có nhi m v d n đng cho các bánh xe ch đng ti nầ ồ ư ộ ệ ụ ẫ ộ ủ ộ ế
ho c lùi xe. Trong su t quá trình gi m t c và phanh xe, MG2 ho t đng nh m t máyặ ố ả ố ạ ộ ư ộ
phát và h p thu đng năng (còn g i là quá trình hãm tái sinh năng l ng) chuy n hóaấ ộ ọ ượ ể
thành đi n năng đ n p l i cho c quy đi n áp cao.ệ ể ạ ạ ắ ệ
Đ hi u rõ h n v nguyên lí làm vi c c a PSD, ta kh o sát các ch đ làm vi cể ể ơ ề ệ ủ ả ế ộ ệ
c a nó:ủ
+ Ch đ kh i đng:ế ộ ở ộ
Hình 2.2. B PSD ch đ kh i đngộ ở ế ộ ở ộ
Ngay l p t c sau khi nh n nút kh i đng ho c ho c nh n bàn đp ga đ kíchậ ứ ấ ở ộ ặ ặ ấ ạ ể
ho t, h th ng hybrid s ho t đng tr l i.ạ ệ ố ẽ ạ ộ ở ạ
Thành ph n đc mô t trung tâm là motor nh , còn đc bi t đn là MG1 sầ ượ ả ở ỏ ượ ế ế ẽ
b t đu quay theo chi u kim đng h , 4 bánh răng hành tinh ăn kh p ngoài v i nó sắ ầ ề ồ ồ ớ ớ ẽ
quay ng c chi u kim đng h . Khi t c đ tăng lên, momen sinh ra s tác đng lênượ ề ồ ồ ố ộ ẽ ộ
c n gi 4 bánh răng hành tinh, làm c n b t đu xoay. Do c n đc n i v i tr cầ ữ ầ ắ ầ ầ ượ ố ớ ụ
khu u đng c nên nh v y đng c b t đu kh i đng.ỷ ộ ơ ờ ậ ộ ơ ắ ầ ở ộ
Ngoài ra c n l u ý r ng 4 bánh răng hành tinh cũng ăn kh p v i vành răng ngoài,ầ ư ằ ớ ớ
tuy nhiên đng năng không đc truy n cho vành răng ngoài mà các bánh răng hànhộ ượ ề
tinh t quay quanh mình, do v y bánh xe không d ch chuy n. Nh ng n u các bánh xeự ậ ị ể ư ế
đã trong quá trình chuy n đng, quá trình kh i đng cũng di n ra t ng t , đi m khácể ộ ở ộ ễ ươ ự ể
bi t duy nh t đó là motor nh c n ít năng l ng h n đ kh i đng đc đng c .ệ ấ ỏ ầ ượ ơ ể ở ộ ượ ộ ơ
+ Ch đ ch y êm:ế ộ ạ
Hình 2.3. B PSD ch đ ch y êmộ ở ế ộ ạ
M c dù quá trình này x y ra có v gi ng quá trình “Kh i đng”, song chúng khácặ ả ẻ ố ở ộ
nhau hoàn toàn. Thay vì công su t nh n đc t bánh răng m t tr i, chúng đcấ ậ ượ ừ ặ ờ ượ
truy n t vành răng bao. Motor l n, còn đc g i là MG2 nh n đi n năng t ac-quyề ừ ớ ượ ọ ậ ệ ừ
HV đ t o ra momen làm quay vành răng bao, truy n công su t đn các bánh xe.ể ạ ề ấ ế
Đng năng c a vành răng bao làm quay 4 bánh răng hành tinh. N u MG1 trungộ ủ ế ở
tâm đc gi l i (nh năng l ng đi n), c n gi 4 bánh răng hành tinh s quay làmượ ữ ạ ờ ượ ệ ầ ữ ẽ
quay đng c . Nh ng trên th c t MG1 quay t do, nh v y các bánh răng m t tr iộ ơ ư ự ế ự ư ậ ặ ờ
và bánh răng hành tinh quay t do quanh tr c c a nó.ự ụ ủ
+ Ch đ tăng t c:ế ộ ố
Hình 2.4. B PSD ch đ tăng t cộ ở ế ộ ố
Khi xe tăng t c, c motor l n và đng c nhi t đu tham gia cung c p đng năngố ả ớ ộ ơ ệ ề ấ ộ
cho các bánh xe. Motor nh cũng tham gia chuy n đng quay v i vai trò là m t máyỏ ể ộ ớ ộ
phát. Nó t o ra đi n năng và ngay l p t c đc motor l n MG2 tiêu th .ạ ệ ậ ứ ượ ớ ụ
S chuy n đi linh ho t gi a máy phát - đng c đi n này là m t l i ích vô cùngự ể ổ ạ ữ ộ ơ ệ ộ ợ
to l n đi v i tu i th c a ac quy, gi m đc quá trình phóng n p đi n c a ăc quy.ớ ố ớ ổ ọ ủ ả ượ ạ ệ ủ
+ Ch đ ch y theo tr n:ế ộ ạ ớ
Hình 2.5. B PSD ch đ ch y theo tr nộ ở ế ộ ạ ớ