Hệ thống Multi-Stage Hybrid là gì? Cơ chế hybrid của Toyota và Lexus vận hành như thế nào?

Không còn đơn thuần là sự kết hợp của hai loại động cơ hybrid là Series Hybrid (nối tiếp) Parallel Hybrid (song song), hệ thống hybrid của Toyota và Lexus giờ đây vận hành phức tạp hơn, thông minh hơn và vì thế, cũng mang lại những hiệu suất tốt hơn.

Hành trình trải nghiệm “ Lexus Signature 2021 ″ là dịp hiếm hoi trong khoảng thời gian khá dài thương hiệu xe cao cấp Nhật Bản này mới thực hiện được tại thị trường Việt Nam. Tuy vậy, chuỗi thời gian ngắn ngủi của hành trình này cũng đã giúp hiểu rõ hơn về triết lý thiết của Lexus, đặc biệt là một trong những đặc trưng nổi trội ghi lại dấu ấn của Lexus trên bản đồ công nghiệp ô tô thế giới ; Hệ thống hybrid và công nghệ xử lí vận hành Lexus Multi-Stage Hybrid.

Cũng như người anh em Toyota, hệ thống hybrid trên Lexus là loại Nối tiêp – Song song (Series – Parallel hybrid) kêt hơp cả hai loại động cơ hybrid kể trên để khai thác công suất của đọng co đôt trong, sức mạnh của động cơ điện.

Trải qua 6 thế hệ động cơ hybrid từ năm 1998 (trên Toyota Prius), đến nay cơ chế vận hành của các mẫu xe hybrid của Toyota Motor Corporation đã có khá nhiều thay đổi. Đến nay, cơ chế vận hành của động cơ hybrid trên cả Toyota (Corolla Cross) và Lexus (RX450h, IS300h, ES300h, LS500h) có thể tóm lược như sau:

Khởi động từ khi dừng: Khởi động khi dừng đỗ ở các điều kiện thông thường, chỉ có động cơ điện được sử dụng để tăng tốc nhẹ, cho kết quả là xe được khởi hành nhẹ nhàng, hiệu suất được cải thiện.

Khi Tăng tốc: Động cơ xăng sẽ tham gia vận hành cùng động cơ điện, công suất từ cả hai nguồn được tối ưu hóa để cho khả năng tăng tốc mạnh mẽ hơn.

Khi lái (bình thường): Với hai nguồn năng lượng từ động cơ xăng và động cơ điện, hệ thống quản lí công suất sẽ kiểm soát các điều kiện lái để phối hợp thông minh cả hai nguồn năng lượng nếu cần, cho dù là tăng tốc, đang tham gia giao thông bình thường hay trên những cung đường cao tốc. Thêm vào đó, khi di chuyển, mọi năng lượng dư thừa sẽ được truyền đến pin để sạc cho xe.

Khi phanh: Ngoài hiệu quả vận hành và tiết kiệm nhiên liệu, hệ thống hybrid này còn có khả năng thu hồi năng lượng khi phanh để nạp điện cho hệ thống pin.

Tuy nhiên, tại hành trình trải nghiệm “Lexus Signature 2021″, Lexus Việt Nam đã có cơ hội hiếm hoi để phô diễn những công nghệ hybrid mới nhất mà tập đoàn ô tô Nhật Bản sở hữu, thông qua mẫu xe hàng đầu của mình là chiếc sedan cỡ lớn Lexus LS500h.

Từ năm 2006, Lexus đã hân hạnh giới thiệu niềm tự hào của mình ở dòng động cơ hybrid khi tung ra mẫu Lexus RS400h lần đầu tiên được trang bị hệ thống quản lí công suất mới dành riêng cho các mẫu Lexus mang tên Lexus Hybrid Drive (LHD) và hệ thống quản lí dẫn động bốn bánh thông minh AWD-i. Trải qua hơn 10 năm phát triển, đến năm 2018, Lexus han hoan giới thiệu niềm tự hào trong việc khai thác sức mạnh động cơ hybrid thông qua việc giới thiệu công nghệ Multi- Stage Hybrid trên 2 dòng xe LC coupé và LS sedan.

Hệ thống Multi-Stage Hybrid này cho phép quản lí liên tục, tức thời để phối hợp khai thác sức mạnh của động cơ xăng và động cơ điện. hiện mới chỉ được phát triển cho LC 500h và LS 500h (thị trường Việt Nam, hiện mới chỉ đón nhận mẫu Lexus LS500h mà chưa có mẫu xe thể thao LC500h)

Hệ thống Multi-Stage Hybrid là một hệ thống được phát triển hoàn toàn mới; Bao gồm động cơ, hộp số và cụm truyền động Hybrid (gồm bộ truyền hành tinh, bộ đổi điện, ắc quy HV). Cụ thể như sau:

Động cơ V6 mới

Động cơ V6 mới có ung tích 3.5 lít (mã động cơ 8GR-FXS) kết hợp với hệ thống van biến thiên kép, cùng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp cho tỷ số nén 13,0: 1 và áp dụng chu trình Atkinson tạo ra công suất 295 mã lực.

Pin nhiên liệu Lithium-Ion

Pin nhiên liệu Lithium-Ion và động cơ điện sản sinh công suất 44kW (tương đương với 59 mã lực). Việc sử dụng pin lithium-ion đầu tiên của Lexus hybrid mang lại nhiều động năng hơn truyền xuống bánh xe, giúp giảm trọng lượng pin trên 30% và dung lượng pin tăng 20% so với pin Nickel-metal hydrua (NiMH) trước đây. Công suất tổng cộng của xe với hai động cơ điện và động cơ đốt trong là vào khoảng 264 kW (354 mã lực).

Hệ thống Power Split Device (phân chia công suất) điều khiển 2 động cơ điện và 1 hộp số tự động 4 cấp để tạo ra giả lập 10 cấp số ảo giúp chiếc xe phản hồi nhanh nhạy với những thao tác của người lái trong khi vẫn đảm bảo sự mượt mà và tiêu thụ nhiên liệu.

Hệ thống P hân chia công suất – Power Split Device

Nguyên lý hoạt động của Hệ thống P hân chia công suất – Power Split Device

Nguyên lí hoạt động hệ thống truyền động Multi-Stage Hybrid kết hợp 2 động cơ điện MG1, MG2 với động cơ đốt trong thông qua bộ truyền động bánh răng hành tinh và bộ chia công suất với các chế độ như sau:

- Đầu tiên sử dụng nguồn điện từ pin hybrid để vận hành MG2 khởi động xe.Khi cần đến sự vận hành của động cơ xăng, hệ thống sẽ sử dụng điện từ pin hybrid vận hành MG1 để khởi động động cơ xăng.

- Động cơ xăng sẽ có 2 nhiệm vụ:

Nhiệm vụ chính: Vận hành MG1 sinh ra điện cung cấp năng lượng cho MG2 hoạt động, điện từ MG1 cũng được sử dụng để sạc lại cho pin hybrid.

Nhiệm vụ thứ 2: đồng thời cùng MG2 cung cấp năng lượng xuống bánh xe.

Khi xe giảm tốc, năng lượng cơ năng từ bánh xe được thu hồi lại và chuyển đổi thành năng lượng điện và được dùng để nạp lại cho ắc quy HV thông qua MG2. Hộp điều khiển ECU của ắc quy HV chuyển đổi các chế độ trên tuỳ theo điều kiện lái xe.

Hộp số Multi-Stage Hybrid, điều khiển điện tử cho phép trộn lẫn hoàn toàn và liên tục công suất của động cơ đốt trong và động cơ điện. Tạo ra một tỉ lệ truyền gần như vô hạn giữa trục khuỷu động cơ đốt trong và đầu ra của lực cuối cùng tại bánh xe. Hộp số này được điều khiển điện, hạn chế yếu tố ma sát lăn hoặc ma trượt.

Đây là một phần lý do tại sao các hệ thống Hybrid Lexus lại có hiệu quả cao trong việc khai thác được sức mạnh của hai loại động cơ những vẫn tiết kiệm nhiên liệu.