Tìm hiểu công nghệ đỉnh cao Lexus Multi–Stage Hybrid

Cách đây hơn một thập kỷ, Lexus đã thay đổi ngành công nghiệp ô tô qua việc giới thiệu RX 400h, mẫu xe hạng sang đầu tiên trên thế giới kết hợp một động cơ xăng vốn đã mạnh mẽ với động cơ điện và pin tự sạc.

• Toyota hợp tác nghiên cứu hiệu quả sử dụng xe hybrid tại Việt Nam

Năm 2018, Lexus tiếp tục ghi dấu ấn mạnh mẽ qua việc giới thiệu công nghệ Multi-Stage Hybrid trên 2 dòng xe tiên phong LC coupe và LS sedan. Đây chính là một bước ngoặt mới của không chỉ Lexus mà của cả ngành công nghiệp ô tô thế giới hướng tới mục tiêu thân thiện với môi trường.

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ HYBRID

Năm	Mẫu xe	Động cơ	Hệ thống Hybrid
1998	Prius	1NZ-FXE 1.5L I4	Toyota Hybrid System (THS)
2004	Prius	1NZ-FXE 1.5L I4	Toyota Hybrid System-II (THS-II)
2006	RX 400h	3MZ-FE 3.3L V6	Lexus Hybrid Drive (LHD) & AWD-i
2006	Highlander HV	3MZ-FE 3.3L V6	THS with Reduction Gear (THS-R)
2007	Camry HV	2AR-FXE 2.5L I4	Toyota Hybrid System-II (THS-II)
2010	HS 250h	2AZ-FXE 2.4L I4	Lexus Hybrid Drive (LHD)
2011	CT 200h	2ZR-FXE 1.8L I4	Lexus Hybrid Drive (LHD)
2007	GS 450h	2GR-FXE 3.5L V6	LHD for RWD
2008	LS 600h	2UR-FSE 5.0L V8	LHD for RWD
2010	RX 450h	2GR-FXE 3.5L V6	LHD-R &AWD-i
2013	ES 300h	2AR-FXE 2.5L I4	LHD
2014	IS 300h	2AR-FSE 2.5L I4	LHD
2015	NX 300h	2AR-FXE 2.5L I4	LHD
2016	GS 300h	2AR-FSE 2.5L I4	LHD
2016	GS 450h	2GR-FXS 3.5L V6	LHD
2016	RX 450h	2GR-FXS 3.5L V6	LHD
2018	LC 500h	2GR-FXS 3.5L V6	Multi-Stage Hybrid
2018	LS 500h	2GR-FXS 3.5L V6	Multi-Stage Hybrid

Hệ thống Multi-Stage Hybrid là công nghệ tiên phong về động cơ Hybrid của Lexus. Cụm hệ thống này là hoàn toàn mới, từ động cơ, hộp số và cụm truyền động Hybrid (gồm bộ truyền hành tinh, bộ đổi điện, ắc quy HV).

Hệ thống Multi-Stage Hybrid được phát triển cho LC 500h và LS 500h đạt được sự kết hợp tuyệt vời của những yếu tố tưởng chừng như không thể: Cảm giác lái phấn khích hơn, thể thao hơn mà vẫn đạt sự êm ái tốt nhất. Công nghệ mới đem đến cho xe sức mạnh vượt trội hơn nhưng tiêu thụ nhiên liệu vẫn ở mức tối ưu. Hệ thống bao gồm những trang bị sau đây: 

• Mẫu động cơ V6 mới dung tích 3.5 lít (loại 8GR-FXS) với hệ thống van biến thiên kép, tỷ số nén 13,0: 1 và áp dụng “chu trình nhiệt động Atkinson” tạo ra công suất 295 mã lực.

• 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 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 và vận hành đầy mạnh mẽ, trong khi vẫn đảm bảo sự mượt mà và tiêu thụ nhiên liệu tối ưu vốn là thế mạnh của động cơ hybrid Lexus.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động Multi-Stage Hybrid cũng giống như các hệ thống truyền động Hybrid trước đó như LHD (Lexus Hybrid Drive) của Lexus. Vẫn 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 hệ thống sử dụng nguồn điện từ pin hybrid để vận hành MG2 khởi động xe, dẫn động bánh 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 hiệu quả đến vậy.

Một trong những công nghệ cốt lõi cần thiết cho các xe hybrid tiên tiến là “cảm biến tốc độ” làm việc cực kì chính xác. Không giống như các cảm biến tốc độ truyền thống không thể phân biệt hướng quay và chỉ nắm bắt được tín hiệu theo một hướng của đường truyền lực (do đó đòi hỏi ít nhất ba vòng quay đầy đủ để biểu thị tín hiệu tốc độ), các máy quét tốc độ cao có thể biết được hướng nào động cơ đang quay và đo chính xác tín hiệu tốc độ bằng nhiều phép đo khác nhau.

Những cảm biến tốc độ đặc biệt này cũng chính là sự khác biệt, nó cho phép hệ thống Lexus Hybrid kiểm soát cực kỳ chính xác điện năng và tốc độ quay của cả hai động cơ và tạo ra sự pha trộn liên tục với phạm vi tỷ số truyền rất lớn. Điều này lý giải tại sao hộp số có thể có đến 10 cấp số ảo, hoạt động tốt ở dải tốc độ cao và dải tốc độ thấp.

CÔNG NGHỆ MULTI – STAGE HYBRID TRÊN XE LS 500H  

Hệ thống Multi Stage Hybrid, công nghệ hàng đầu thế giới vốn được giới thiệu lần đầu tiên trên coupe thể thao đẳng cấp LC 500h, kết hợp động cơ 3.5 lít V6 đốt khí tự nhiên theo chu trình Atkinson với hai mô-tơ điện và sử dụng một pin lithium-ion gọn nhẹ. Động cơ V6 ứng dụng công nghệ phun xăng trực tiếp D-4S và các thành phần van truyền động trọng lượng nhẹ tạo ra mô-men xoắn cực đại lên tới 6,600 vòng/ phút, cùng Hệ thống điều phối van biến thiên thông minh mở rộng (VVT-iW) đảm bảo cung cấp sức kéo lớn trên toàn dải tốc độ động cơ.

Công suất cực đại của động cơ hybrid là 354 mã lực, giúp LS 500h có thể tăng tốc từ 0 lên 100 km/h chỉ trong 5.4 giây (đối với phiên bản dẫn động cầu sau).

Hệ thống mới này kế thừa công nghệ truyền động vô cấp dạng bánh răng hành tinh từ Hệ thống Lexus Hybrid Drive nổi tiếng, đồng thời gắn thêm một hộp số tự động 4 cấp. Trong quá trình hoạt động, hộp số cơ khí này khuếch đại công suất cả động cơ và mô tơ điện, cho phép mở rộng phạm vi hoạt động của xe.

Trong chế độ sang số bằng tay Với 10 cấp số được thiết lập, LS500h mang lại cảm giác lái hứng khởi hơn trên đường và cho phép người lái chuyển số bằng tay thông qua lẫy chuyển số sau vô lăng. Hệ thống Multi Stage Hybrid cho phép tận dụng nhiều điện năng hơn ở dải tốc độ thấp hơn, đồng thời LS 500h có thể vận hành chỉ bằng điện năng tại dải tốc độ lên tới 140 km/h trong một số điều kiện nhất định.