Năm 1997, Toyota chọn một hướng đi riêng biệt trong việc tiết kiệm nhiên liệu khi sử dụng động cơ hybrid trên mẫu Prius, trước khi ra mắt tại thị trường Mỹ vào năm 2001. Khi Prius được công bố là mẫu xe hybrid đầu tiên được sản xuất hàng loạt, độ bền và tuổi thọ của một chiếc xe hybrid vốn chưa được kiểm chứng vẫn là ẩn số đối với tất cả mọi người.
Sau 25 năm kinh nghiệm trong công nghệ hybrid, các mẫu xe hybrid hiện đại của Toyota được biết đến rộng rãi với hệ truyền động tin cậy, hoạt động bền bỉ với khả năng vận hành hơn 480.000 km mà không gặp nhiều sự cố.
Hiện nay các động cơ thường có hiệu suất cao, chịu tải lớn nhưng không bền. Thay vì ép công suất từ động cơ dung tích nhỏ, Toyota chọn cách tiếp cận ngược lại, hạ thấp tỷ số nén và cường độ hoạt động của động cơ để ưu tiên tiết kiệm nhiên liệu, sau đó bù đắp công suất và mô-men xoắn bằng môtơ điện.
Thay vì tăng tỉ số nén và trang bị tăng áp cho động cơ dung tích nhỏ, động cơ hybrid của Toyota làm tốt trong việc tối ưu hóa năng lượng. Hầu hết các động cơ, ví dụ loại 2,5 lít, không sử dụng tăng áp và dung tích không quá nhỏ, nhưng sử dụng một hoặc nhiều môtơ điện để hỗ trợ trực tiếp cho động cơ xăng. Môtơ điện được cung cấp năng lượng bởi một khối pin chuyên dụng, có khả năng tự sạc trong quá trình vận hành.
Điều này giúp động cơ 4 xi-lanh không phải hoạt động quá tải để đạt công suất tối đa trên mỗi lít dung tích. Động cơ hybrid của Toyota được chế tạo để đạt hiệu suất tối ưu, đồng thời đáp ứng nhu cầu về sức mạnh và khả năng phản hồi bằng hệ thống điện, sẵn sàng can thiệp ngay khi nhấn ga.
Động cơ hybrid 2.5 trên mẫu Toyota Camry tại Việt Nam. Ảnh: TMV
Động cơ hybrid đạt hiệu quả tiết kiệm tối ưu trong điều kiện lái xe dừng-đi liên tục, nơi mà các động cơ xăng truyền thống tốn nhiên liệu nhất. Điều đó cho thấy hệ thống điện của hệ thống hybrid hoạt động tích cực hơn, đồng nghĩa động cơ xăng sẽ ít hoạt động hơn.
Việc lái xe dừng-đi liên tục gây áp lực lớn lên xe như bào mòn hệ thống phanh, gây tải nặng cho hệ truyền động, động cơ và có thể khiến các bộ phận quá nhiệt. Trong khi động cơ hybrid sử dụng các môtơ điện để cung cấp lực hãm thông qua cơ chế phanh tái sinh, giúp nạp năng lượng cho pin, đồng thời giảm thiểu đáng kể sự mài mòn má phanh. Các môtơ cũng giúp quá trình vận hành toàn bộ hệ thống truyền động trở nên mượt mà hơn, cho phép động cơ xăng có nhiều thời gian nghỉ hơn trong điều kiện giao thông đông đúc.
Ngoài ra, hệ thống phun nhiên liệu D4-S của Toyota cho phép động cơ hybrid lấy nhiên liệu từ một kim phun áp suất cao nằm trong buồng đốt, một kim phun áp suất thấp nằm phía trên đường nạp, hoặc kết hợp cả hai. Việc sử dụng song song hai kiểu phun nhiên liệu giúp động cơ luôn sạch sẽ nhờ giảm thiểu sự tích tụ cặn bẩn trên xupap, vốn gây ra nhiều hỏng hóc và tốn kém chi phí bảo dưỡng, vệ sinh.
Hơn nữa, động cơ hybrid hiện nay của Toyota thuộc dòng Dynamic Force, ra mắt năm 2018, vốn là bước tiến hóa từ thế hệ AR Series những năm 2000. Nếu AR Series từng đặt nền móng với hệ thống van, tản nhiệt tiên tiến và chu trình Atkinson tối ưu, thì Dynamic Force đã nâng tầm công nghệ này lên một đẳng cấp mới với hiệu suất nhiệt đạt tới 41%.
Một chi tiết khác cũng quan trọng trong là hộp số eCVT - một trong những hộp số tự động phổ biến bền bỉ nhất hiện nay, nhờ cấu tạo độc đáo và các môtơ điện tích hợp thay thế phần lớn các cơ cấu vận hành phức tạp của hộp số tự động truyền thống.
Không giống hộp số CVT thông thường, hộp số này hoạt toàn không sử dụng dây đai và ròng rọc (puly), kết quả là eCVT truyền động ít ma sát, hoạt động mát hơn và ít bộ phận chuyển động dễ bị hao mòn hơn.
Điều quan trọng là hộp số eCVT đảm nhiệm hầu hết các công việc nặng nhọc cho động cơ, giúp giảm đáng kể áp lực. Khi chiếc Toyota Hybrid lăn bánh từ vị trí đứng yên, động cơ xăng sẽ tránh được các tải trọng đột ngột, việc đóng ly hợp đột ngột hay áp lực ở vòng tua thấp. Thay vào đó, mô-men xoắn tức thời của môtơ điện giúp xe di chuyển nhẹ nhàng, cho phép động cơ xăng khởi động muộn hơn khi tải trọng đã nhẹ hơn và ở vòng tua tối ưu hơn.
Cuối cùng là tỷ số nén. Ở hầu hết các loại động cơ, tỷ số nén là con số cố định, các kỹ sư luôn theo đuổi việc tăng tỷ số nén để đạt hiệu suất tối ưu. Việc tăng tỷ số nén đi kèm những thách thức lớn, đặc biệt là khi động cơ đó phải vận hành băng xăng phổ thông.
Giải pháp của Toyota là ứng dụng chu trình Atkinson, một phương thức giúp thay đổi tỷ số nén thực tế của động cơ ngay cả khi đang vận hành. Bằng cách điều chỉnh thời điểm đóng mở van, động cơ có thể đóng các van nạp sau khi kỳ nén bắt đầu. Nhờ đó, một phần không khí vừa được hút vào buồng đốt bị đẩy ngược ra ngoài trước khi van đóng hẳn. Piston vẫn di chuyển hành trình, nhưng lượng không khí cần nén ít hơn.
Việc giảm tỷ số nén này giúp tiết kiệm nhiên liệu tối đa, tuy giảm đáng kể công suất đầu ra nhưng môtơ điện sẽ bù đắp phần công suất thiếu hụt. Toàn bộ quá trình này diễn ra tự động và không thể nhận biết từ vị trí người lái. Nhưng điều đó có nghĩa nếu động cơ xăng của xe Toyota hybrid đang hoạt động, có thể chuyển đổi vận hành giữa mức tải cao và chu trình Atkinson ngay tức thì, mục tiêu cốt lõi chỉ sử dụng động cơ xăng ở mức cần thiết, không lãng phí nhiên liệu.
Thực tế, nhiều người cho rằng xe hybrid sẽ phải mất thêm chi phí sửa chữa cả động cơ xăng, môtơ điện và pin. Trong khi thực tế, nhiều chủ sở hữu xe hybrid ít gặp sự cố về pin và phần lớn khối pin nguyên bản cũng hoạt động ổn định sau khoảng 320.000 km. Nhiều chủ xe đã lựa chọn thay thế pin Toyota hybrid bằng các khối pin tân trang với mức giá dao động 1.500-3.000 USD để tiếp tục lăn bánh ổn định trong nhiều năm.
Tuy vậy, một chiếc Toyota hybrid không đảm bảo có thể chạy tới 480.000 km mà không gặp sự cố. Việc đạt số km đã đi cao phụ thuộc vào chế độ bảo dưỡng và cách chủ sở hữu chăm sóc chiếc xe. Một chiếc Toyota hybrid cũ được bảo dưỡng định kỳ có thể vượt mốc 480.000 km, đó cũng là lý do động cơ hybrid Toyota được sử dụng làm xe taxi.
Minh Quân (theo Carbuzz)
Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống