Ôtô Hybrid giảm ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng

Ngành công nghiệp ôtô trên thế giới đang đứng trước một câu hỏi lớn: Làm thế nào để sản xuất được loại xe ôtô không làm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm năng lượng? Ôtô Hydro, ôtô điện, ôtô pin mặt trời... đều không dễ thực hiện. Nhưng giờ đây ôtô Hybrid - dòng ôtô dùng nguồn năng lượng tổ hợp - đã trả lời câu hỏi hóc búa trên. Ôtô HYBRID giảm hẳn lượng khí thải độc hại và giảm tới một nửa lượng tiêu thụ nhiên liệu.

Ôtô Hybrid là gì?

Hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) là dòng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp. Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về sau.

Ôtô hybrid hoạt động theo nguyên tắc (hình 1): Động cơ điện được sử dụng để khởi động xe, trong đó trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ. Động cơ điện còn có công dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe gia tốc 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 điện khác, động cơ Hybrid không cần nguồn điện bên ngoài, động cơ đốt trong sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy. Với sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, động cơ hybrid được mở rộng giới hạn làm việc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ đốt trong hiệu suất tổ hợp động cơ cao, mô-mem lớn ở số vòng quay nhỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Ưu điểm của ôtô Hybrid:

Tổ hợp động cơ hybrid có những ưu điểm sau:

- Tận dụng năng lượng khi phanh: khi cần phanh hoặc khi xe giảm tốc độ, động cơ điện có tác dụng như máy phát điện, năng lượng phanh được tận dụng để tạo ra dòng điện nạp cho ắc-quy.

- Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (động cơ hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu ít hơn nhiều so với động cơ đốt trong thông thường, chỉ bằng một nửa)

- Động cơ điện được dùng trong các chế độ gia tốc hoặc tải lớn nên động cơ đốt trong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ nên động cơ đốt trong có kích thước nhỏ gọn.

- Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể của ôtô.

Phương pháp truyền động:

Theo phương pháp truyền động, có thể chia động cơ hybrid thành 2 loại chính: tổ hợp ghép nối tiếp và tổ hợp ghép song song.

+ Tổ hợp ghép nối tiếp (hình 2)

Trong sơ đồ nối tiếp, động cơ đốt trong (động cơ xăng, động cơ diesel hoặc pin nhiên liệu) kéo máy phát cung cấp điện cho ắc quy và động cơ điện, ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng là quay rô-to của máy phát tạo ra điện năng và từ điện năng lại chuyển sang cơ năng làm quay bánh xe.

Ưu điểm của sơ đồ này là: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào 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; Sơ đồ này có thể không cần hộp số.

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.

Hình 3: Sơ đồ ghép song song.

+ Tổ hợp ghép song song (Hình 3)

Trong sơ đồ này, ngoài sự liên hệ cơ khí trực tiếp giữa động cơ đốt trong và bánh xe như ôtô thông thường còn có thêm động cơ điện truyền động đến bánh xe. Khi ôtô chạy trên xa lộ, nguồn dẫn động chủ yếu sẽ là động cơ đốt trong, động cơ điện sẽ dùng khi gia tốc ôtô còn khi chạy trong thành phố nguồn dẫn động chủ yếu là động cơ điện. Sơ đồ này có ưu điểm là: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng, không cần dùng máy phát riêng do động cơ điện có tính năng giao hoán, 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. Động cơ điện được sử dụng ở đây là loại đặc biệt có tính năng lưỡng dụng, nó có thể khởi động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy, cung cấp năng lượng trong trường hợp xe cần gia tốc hoặc lên dốc.

Hình 4: Các bộ phận chính của xe Hybrid.

Các bộ phận chính của ôtô Hybrid (hình 4)

- Hệ thống làm mát có nhiệm vụ làm mát động cơ đốt trong, nhiên liệu và ắc quy. Nhiệt của nước làm mát có thể sử dụng để sấy sóng cabin xe ở vùng nhiệt độ thấp hoặc dùng cho các thiết bị nhiệt khác.

- Động cơ điện: nhận năng lượng điện tử ắc quy, chuyển thành năng lượng cơ khí dẫn động bánh xe. Ưu điểm của động cơ điện là cho mô-men lớn ở số vòng quay nhỏ, hoạt động êm, hiệu suất cao.

- Hộp số: Ôtô hybrid có thể dùng nhiều loại hộp số khác nhau. Bốn loại hộp số thường dùng là: hộp số vô cấp, hộp số sang số tự động, hộp số tay, hộp số tự động thông thường với bộ chuyển đổi mô-men.

- Hệ thống xử lý khí xả: khí thải của động cơ ôtô luôn là vấn đề được đặt ra. Ôtô hybrid có thể giảm lượng khí thải do tốn ít nhiên liệu, sử dụng những nguồn nhiên liệu sạch, cải tiến chất lượng của động cơ và công nghệ xử lý khí thải.

- Bộ phận điều khiển: điều khiển các chế độ hoạt động và sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện.

- Ắc quy: là một thành phần quan trọng của động cơ hybrid, đảm bảo các yêu cầu như tạo dòng lớn, cho phép nạp điện trong quá trình phanh, độ bền cao. Hiện nay thường sử dụng ắc quy axit chì, trong tương lai hai loại ắc quy ino-lithium và polyme-lithium có nhiều triển vọng áp dụng cho xe hybrid.

- Động cơ đốt trong: là nguồn động lực chính trong động cơ hybrid; có thể sử dụng động cơ xăng; động cơ diesel, động cơ hydro, khí hóa lỏng hoặc pin nhiên liệu.

Triển vọng hybrid đã được nghiên cứu từ rất sớm, đầu những năm 90 của thế kỷ trước. Năm 1995, nhiều cuộc hội thảo quốc tế đã được tiến hành nhưng tới năm 1997 chiếc xe ôtô hybrid đầu tiên trên thế giới mới ra đời tại Nhật Bản, đó là chiếc Toyota Prius. Các loại ôtô sử dụng công nghệ hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) hiện đang có giá rất cạnh tranh với các loại ôtô thông thường và xét về lâu dài thì sẽ rẻ hơn do được tiết kiệm nhiên liệu. Công nghệ này đáp ứng được cả 3 yêu cầu quan trọng là tính năng, độ an toàn và giá cả. Hiện nay, trên thị trường đã xuất hiện các sản phẩm sử dụng công nghệ hybrid  của hãng Honda và Toyota là Honda Insight, Honda Civic và Toyota Prius. Dự đoán đến năm 2005, sản lượng hàng năm của dòng xe hybrid sẽ đạt khoảng 500.000 chiếc.

(Theo Ôtô-Xe máy)