Đồ án Thiết kế hệ thống xe gắn máy lai (hybrid) sử dụng điện và nhiên liệu khí hoá lỏng (LPG)

1.MỞ ĐẦU: 1.1. BỐI CẢNH. Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói không giống nhau nhưng đều có xu thế chung là cơ giới hoá quãng đường dịch chuyển. Sự gia tăng mật độ phương tiện giao thông dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải quyết đó là sự quá tải của cơ sở hạ tầng và ô nhiễm môi trường. Sự phát triển ngành giao thông vận tải của hầu hết các nước đều được thực hiện theo định hướng làm giảm nhẹ sự tác động của hai vấn đề này đến kinh tế - xã hội. - Giảm tải cho cơ sở hạ tầng: Giải quyết vấn đề này một mặt liên quan đến công tác qui hoạch đô thị, nâng cấp hệ thống giao thông, mở rộng đường, thiết kế tốt các nút giao thông, xây dựng các bãi đậu xe... và mặt khác, cần phải lựa chọn loại phương tiện giao thông phủ hợp. Mặt thứ nhất của vấn đề là trách nhiệm của các cấp chính quyền quốc gia. Còn đối với nhiệm vụ của một người nghiên cứu thiết kế, tôi chỉ xem xét đến mặt thứ hai của vấn đề là sử dụng loại phương tiên giao thông hợp lý. Trong điều kiện cơ sở hạ tầng phục vụ cho giao thông ở nước ta chưa được phát triển, nhà ở thành phố chật hẹp, chỗ đậu xe chưa được xây dựng, việc sử dụng các loại phương tiện giao thông cá nhân cỡ lớn như ô tô du lịch từ 4 đến 12 chỗ sẽ gây nhiều phiền hà cho công tác tổ chức giao thông cũng như cho người sử dụng. Vì vậy nhiệm vụ đặt ra cho các cơ quan quản lý giao thông là khuyến khích người dân sử dụng những loại phương tiện vận chuyển cá nhân thích hợp như ô tô kích cỡ nhỏ 2 chỗ ngồi hoặc xe gắn máy, trong đó xe gắn máy là phương tiện giao thông được người dân ưa chuộn nhất hiện nay ở nước ta. Mặt dù đây chưa phải là phương tiện chiếm mật độ giao thông bé nhất (sau xe buýt) nhưng rất phù hợp với điều kiện sử dụng ở Việt Nam do tính cơ động cao, dễ cất giữ, tiêu thụ nhiên liệu ít và giá cả phù hợp với túi tiền của đại đa số người dân lao động. - Phát triển nguồn động lực sạch: Hiện nay, phương tiện giao thông là một trong những tác nhân lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Do đó, yêu cầu cấp bách đặt ra cho các nhà nghiên cứu là phải tìm ra nguồn động lực sạch không gây ô nhiễm (zero emission) để trang bị cho phương tiện giao thông. Ngoài ra, do nguy cơ nguồn dầu mỏ sẽ bị cạn kiệt trong một tương lai gần nên cũng đòi hỏi con người cần phải tìm ra những nguồn năng lượng mới thay thế cho dầu mỏ hoặc ít ra cũng cần phải cải tiến động cơ nâng cao hiệu suất để tiết kiệm năng lượng. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây như: - Tập trung hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel. - Cải tiến quá trình cung cấp nhiên liệu và đánh lửa trên động cơ xăng. - Sử dụng các loại nhiên liệu thay thế như: LPG (Liquid Petroleum Gas), khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời. - Nguồn động lực lai (hybrid) điện - nhiệt. Tất cả các giải pháp trên đều có những ưu và nhược điểm riêng. Trong đó, hai giải pháp được đánh giá tốt nhất hiện nay là loại động cơ sử dụng pin nhiên liệu FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle) và động cơ lai điện nhiệt HSD (Hybrid Synergy Drive) do hãng TOYOTA đề xuất. Đối với động cơ FCHV, nó có ưu điểm là hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường nhưng nhiên liệu cung cấp cho nó là khí hydrogen có giá thành rất cao, còn động cơ HSD thì tuy đã giảm đáng kể khả năng gây ô nhiễm môi trường, hiệu suất cao nhưng do sử dụng xăng nên nó còn phụ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp dầu mỏ. Động cơ Diesel cải tiến tuy hạn chế tối đa phát thải khí gây ô nhiễm môi trường và hiệu suất cao nhưng nó cũng không phải là động cơ đầy hứa hẹn trong tương lai vì nó sử dụng nhiên liệu của dầu mỏ. Động cơ sử dụng nhiên liệu khí hoá lỏng LPG đang phát huy nhiều ưu điểm như trữ lượng LPG trên trái đất là còn dồi dào, hiệu suất tương đối cao và ít gây ô nhiễm môi trường nhưng nó vẫn còn có nhược điểm là vấn đề nạp lại nhiên liệu gặp nhiều khó khăn. Một xu hướng rất nổi bậc hiện nay là sử dụng nguyên lý lai (hybrid) cho nguồn động lực sử dụng trên phương tiện giao thông vận tải. Động cơ lai sẽ kết hợp được ưu điểm của hai động cơ thành phần và hạn chế những nhược điểm của chúng nên tạo ra được hiệu suất tổng hợp rất cao và đồng thời giảm thiểu phát thải khí gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy mà công nghệ lai đã được các nhà sản xuất ô tô trên thế giới tập trung nghiên cứu rất nhiều. Riêng đối với Việt Nam, nguồn động lực lai điện nhiệt với động cơ nhiệt sử dụng nhiên liệu khí hoá lỏng LPG là có hướng phát triển tốt nhất. Thật vậy, về mặt năng lượng thì điện năng của chúng ta được sản xuất chủ yếu bằng thủy điện (năng lượng tái sinh) và chủ động nguồn cung cấp khí dầu mỏ hoá lỏng LPG. Hiện nay chúng ta có nhà máy sản xuất khí ga hoá lỏng Dinh Cố và Nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam ở Dung Quất (Quãng Ngãi) đi vào hoạt động, sản lượng khí đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp nhiên liệu LPG. Mặt khác các nhà máy tinh luyện khí thiên nhiên cũng là nguồn cung cấp loại nhiên liệu này nên khả năng độc lập nhiên liệu LPG của chúng ta cũng rất lớn. Đây là loại động cơ có hiệu suất cao, rất ít gây ô nhiễm môi trường và giá thành chế tạo cũng như chi phí cho nhiên liệu sử dụng là không cao. Tuy nhiên, mô hình động cơ lai này chưa được các nhà khoa học trong nước cũng như ở nước ngoài chú ý nghiên cứu. Hiện nay, ở nước ta cũng đã xuất hiện các mẫu xe hai bánh mới như xe chạy “gas” (LPG) và xe đạp điện. Còn trên thế giới thì xe mô tô Honda lai điện - xăng cũng đã ra đời. Cả ba mẫu xe này hiện nay vẫn còn nhiều nhược điểm như: xe chạy “gas” thì gặp khó khăn trong vấn đề nạp lại nhiên liệu và chưa giảm tối đa phát thải khí gây ô nhiễm môi trường do động cơ còn chạy ở nhiều tốc độ khác nhau; xe chạy điện thì gặp khó khăn trong lưu trữ và nạp điện nên thời gian sử dụng xe trong ngày là còn thấp; còn xe lai điện - xăng thì giá thành cao và còn phụ thuộc chủ yếu vào nguồn dầu mỏ. Qua phân tích trên, rõ ràng việ nghiên cứu chế tạo xe gắn máy lai điện - khí đốt hoá lỏng là một việc làm cần thiết và có ý nghĩa lớn đối với Việt Nam. Bởi vì đây là một loại phương tiện giao thông cá nhân mới phù hợp với điều kiện sử dụng tại Việt Nam, giá thành rẻ và giảm thiểu tối đa việc gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, khi đề tài này nghiên cứu tính toán thành công nó còn góp phần tạo động lực thúc đẩy phát triển nền công nghiệp nước ta. Chính vì vậy mà đề tài “thiết kế hệ thống xe gắn máy lai (hybrid) sử dụng điện và nhiên liệu khí hoá lỏng (LPG)” là đề tài rất cần thiết và có ý nghĩa khoa học - kỹ thuật lớn không những đối với Việt Nam mà cả đối với thế giới hiện nay. 1.2. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA ĐỀ TÀI. Ở các nước phát triển cuộc chạy đua tìm năng lượng sạch cho phương tiện cơ giới nói chung đã từ lâu. Theo xu hướng chung, đứng đầu là các phương tiện chạy bằng điện tiếp theo là điên-nhiệt, phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu là ưng viên thứ ba của cuộc chạy đua. Về mặt nhiên liệu cho động cơ nhiệt, chất lượng của các nhiên liệu lỏng truyền thống sẽ được nâng cao, các loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) sẽ được áp dụng rộng rãi trên các phương tiện ô tô, xe gắn máy. Các loại nhiên liệu sinh học (như ethanol, cilza) có lợi thế so sánh chung về mặt môi trường và giá thành nhiên liệu này còn cao nên hạn chế về mặt sử dụng, các nhiên liệu tổng hợp từ khí thiên nhiên đang được nghiên cứu, nhiên liệu khí hydro cho ô tô – xe máy chưa có triển vọng ứng dụng do công nghệ và giá thành. Sự phát triển của các phương tiện cơ giới sử dụng điện và pin nhiên liệu phụ thuộc vào khả năng phát triển, hoàn thiện các loai động cơ truyền thống và sử dụng các nguồn nhiên liệu sạch thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng hiện nay để làm giảm ô nhiễm môi trường. Các yếu tố cần quan tâm để xem xét gồm dự báo chất lượng của hệ thống vận chuyển khách công cộng và giá thành của pin nhiên liệu với các loại nhiên liệu thay thế khác để đạt cùng mức độ giảm NOx. Kết quả nghiên cứu cho thấy trong vòng 10 năm tới, kỹ thuật làm giảm NOx bằng cách cải thiện động cơ diesel, sử dụng LPG và khí thiên nhiên rẻ hơn là sử dụng pin nhiên liệu. Trong tương lai dài hơn thì việc giảm NOx bằng cách sử dụng pin nhiên liệu trên xe buýt, xe gắn máy sẽ có giá thành tương đương với việc cải thiện động cơ diesel để đạt cùng mức độ hiệu quả. Để đạt được cùng tính năng kinh tế và mức độ phát ô nhiễm đối với động cơ sử dụng LPG thì trong thập niên 2010, giá nhiên liệu hydro phải giảm đi 50% và giá thành pin nhiên liệu phải giảm đi 30% so với giá cả hiện nay. Vì vậy trong vòng 2 thập niên tới, phương tiện cơ giới chạy bằng pin nhiên liệu vẫn cha có lợi thế cạnh tranh so với các loại nhiên liệu thay thế. Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ nay đến 2020, ô tô và xe gắn máy chạy bằng điện kết hợp với việc nạp điện bổ sung bằng động cơ nhiệt chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG là phù hợp nhất. Thật vậy như đã phân tích trên đây, cơ sở hạ tầng của chúng ta chưa được phát triển nên chỉ phù hợp với ô tô cá nhân có kích thớc bé và xe gắn máy. Về mặt năng lượng thì điện năng của chúng ta được sản xuất chủ yếu bằng thủy điện (năng lượng tái sinh) và chủ động nguồn cung cấp khí dầu mỏ hoá lỏng LPG. Hiện nay chúng ta có nhà máy sản xuất ga Dinh Cố và nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam ở Dung Quất (Quảng ngãi) đi vào hoạt động, sản lượng khí đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp nhiên liệu LPG. Mặt khác các nhà máy tinh luyện khí thiên nhiên cũng là nguồn cung cấp loại nhiên liệu này nên khả năng độc lập nhiên liệu LPG của chúng ta cũng rất lớn. Nhu cầu sử dụng phương tiện cơ giới trong tương lai là xu thế tất yếu của xã hội phát triển. Nước ta có thị trường nội địa lớn với hơn 80 triệu dân. Cho tới nay, thị trờng này hầu như vẫn còn nguyên vẹn. Trong xu thế hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) và thế giới (WTO), thị trờng nội địa của nước ta chắc chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đối với các nhà sản xuất ô tô, xe máy thế giới. Việc thâm nhập ồ ạt phương tiện cơ giới bên ngoài có kích cỡ không phù một mặt sẽ gây ra những vấn nạn về ách tắt giao thông và mặt khác làm mất thị phần đối với một sản phẩm công nghiệp quan trọng của đất nước. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một chủng loại ô tô,xe máy phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước có ý nghĩa rất thiết thực và cấp bách đối với nước ta. Đề tài " thiết kế hệ thống động lực xe gắn máy hybrid " đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một kiểu xe gắn mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, góp phần thực hiện nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Nói tóm lại, đề tài này là bước khởi đầu mà tiếp theo là thiết kế hoàn chỉnh và chế tạo xe gắn máy “điện - nhiệt” tại Việt Nam với mục tiêu hướng tới là: Nâng cao điều kiện sống của người dân. Tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trờng trong giao thông vận tải. Tạo ra mặt hàng công nghiệp đặc thù mang lợi thế cạnh tranh lớn. Phát triển ngành công nghiệp sản xuất xe gắn máy ở Việt Nam. 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phương pháp nghiên cứu của đề tài gồm có: - Tham khảo tài liệu: thống kê, so sánh, tính toán, phân tích và lựa chọn. - Thực nghiệm: Thử nghiêm tính năng ô tô hybrid hai chỗ ngồi VIHA.
Hinh 1: Xe DAIHATSU chạy băng nhiên liệu LPG 2. TỔNG QUAN NỘI DUNG ĐỀ TÀI. 2.1. MỘT SỐ KIỂU XE GẮN MÁY LAI (HYBRID) ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO TRÊN THẾ GIỚI: 2.1.1. Honda Hybrid Scooter: Ngày 24 tháng 8 năm 2004, Honda đã giới thiệu mẫu xe lai đầu tiên kiểu dáng “scooter” với khả năng giảm khí thải gây ô nhiểm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu. Xe lai này kết hợp hoạt động của một động cơ đốt trong phun xăng điện tử 50cc và một động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ gắn trực tiếp vào bánh sau của xe. Hệ thống sử dụng một bình ắc quy niken-hyđro để lưu trữ năng lượng. Khi chạy trên đường bằng phẳng trong thành phố, một mình động cơ điện sẽ dẫn động xe chạy với tốc độ đạt 30 km/h. Khi cần lực phát động lớn như tăng tốc hoặc lên dốc thì động cơ đốt trong sẽ kết với động cơ điện thông qua bộ truyền động đai vô cấp để tăng thêm công suất kéo. Để tận dụng năng lượng, khi xe giảm tốc hoặc xuống dốc thì động cơ điện sẽ trở thành máy phát điện nạp điện vào ắc quy. Mẫu xe này có hiệu xuất rất cao và giảm được 37% nồng độ CO trong khí thải so với xe gắn máy cùng công suất. Honda hybrid scooter eCycle hybrid 2.1.2. eCycle Hybrid: Xe eCycle được đánh giá sẽ có được công suất của một chiếc xe gắn máy với động cơ 250cc chạy xăng ngoại trừ tốc độ cực đại. Khả năng tăng tốc từ 0-100 km/h trong thời gian 6 giây và tốc độ tối đa 120km/h. Tiêu thụ nhiên liệu 50km/lít với lượng phát sinh khí thải rất thấp. Các chuyên gia hàng đầu về động cơ hybrid cũng khẳng định rằng, eCycle hybrid là chiếc xe máy rất hiện đại với loại vật liệu trọng lượng nhẹ, ít gây ô nhiễm môi trường cũng như khả năng hãm tái sinh năng lượng đạt hiệu quả cao. Kết cấu nhẹ của eCycle đều dựa trên một bộ phận trung tâm, nơi đặt động cơ - máy phát, ắc quy và các hệ truyền động. Hệ thống lái rất đặc biệt và bộ giảm xóc lò xo để trần mang đến hình ảnh thể thao cho chiếc xe này. Hệ thống treo phía trước là dạng càng đơn nằm ngang với một tay đòn lắp một cách chắc chắn với khung trung tâm đơn khối bằng hợp kim nhôm. Khối hybrid của eCycle đạt được công suất 42V x 400A = 16800W. Khối lưu trữ điện của chiếc xe này bao gồm ba ắc quy 14V. Các bánh xe mâm đúc bằng nhôm đường kính 40cm, hộp số hai tốc độ và dẫn động bằng xích. Khối lượng của những chiếc xe máy hybrid của eCycle khoảng 100 kg. 2.1.3. FA - 801 (Hybrid 80CC - 500W): Công ty sản xuất xe gắn máy FUSEN của Thái Lan đã cho ra đời mẫu xe mô tô lai (hybrid) được kết hợp từ một động cơ điện 500W và một động cơ đốt trong 80cm3. Khi xe chạy từ 0 - 34km/h, động cơ điện sẽ hoạt động. Khi xe đạt tốc độ 35km/h, hộp điều khiển điện tử sẽ khởi động động cơ đốt trong và ngắt động cơ điện, lúc này động cơ đốt trong sẽ thay thế động cơ điện để cung cấp sức kéo cho xe chạy. Khi tốc độ xe thấp hơn 35km/h, hệ thống điều khiển sẽ giúp xe tự động chuyển sang hoạt động bằng động cơ điện. Trên tay lái của xe có nút chọn chế độ chạy xe ở 2 trạng thái: chế độ chạy điện và chế độ chạy lai (hybrid). Loại xe này có các ưu điểm: - Tiết kiệm nhiên liệu và giảm sự ô nhiễm môi trường khi chạy ở chế độ lai (hybrid). - Hoạt động êm và không ô nhiễm môi trường khi chạy ở chế độ xe điện. - Giá thành thấp. Các đặc tính kỹ thuật của xe: - Công suất động cơ điện: 500W có thể kéo xe chạy đạt 50km/h, quãng đường xe chạy hết bình ắc quy là 90km. - Bộ nguồn ắc quy: 12V-17AH x 4bình. - Nạp lại ắc quy: 1,8A trong thời gian từ 4-6 giờ. - Tốc độ cực đại của xe đạt: 90km/h. . 2.2. XE GẮN MÁY LAI (HYBRID) SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KHÍ HÓA LỎNG LPG PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN Ở VIỆT NAM. Nhìn chung, đường sá giao thông đô thị ở các thành phố lớn nước ta rất hẹp so tiêu chuẩn đường đô thị hiện đại. Rất nhiều con đường với bề rộng nhỏ hơn 4 mét. Kiến trúc thành phố mang dáng dấp của những đô thị cổ xưa chật hẹp nhưng lại rất khó quy hoạch mới. Tỷ lệ diện tích đường giao thông so với tổng diện tích đất đô thị bình quân chung cả nước vào khoảng 17%, đối với các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng hoặc các thành phố cổ như Huế và Hội An thì tỷ lệ này còn thấp hơn nhiều. Đặc biệt, ở các thành phố lớn thường tập trung dân cư đông đúc đã làm cho mật độ giao thông trên đường phố là rất lớn và thường gây ra tắt ngẽn giao thông vào các giờ cao điểm. Ngoài ra, diện tích đất dành cho các bãi đỗ xe công cộng là rất nhỏ và không được chú trọng đầu tư mở rộng nên việc lấn chiếm lòng lề đường của các phương tiên giao thông là phổ biến. Theo thống kê chỉ tiêu sử dụng đất đô thị ở các thành phố lớn hiên nay bình quân là 100(m2/người), trong đó chỉ tiêu đất giao thông là 25(m2/người), chỉ tiêu đất cây xanh, công viên, thể dục thể thao là 18(m2/người) và chỉ tiêu đất xây dựng công trình phục vụ lợi ích công cộng là 5(m2/người). Rõ ràng những con số này đang còn rất khiêm tốn. Cho nên, giải quyết vấn đề ùn tắt giao thông đô thị hiện nay đang là bài toán nan giải của chính quyền các thành phố lớn. Bên cạnh của vấn đề khó mở rộng diện tích mặt đường trong các thành phố, hiện nay với sự tăng đột biến của loại xe mô tô mà người dân thành phố đang sử dụng đã làm tăng thêm gánh nặng giao thông và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Với chủng loại xe mô tô rẻ tiền được sản xuất từ Trung Quốc, rất hợp thị hiếu tiêu dùng của người lao động Việt Nam, đã được mọi người mua sắm làm phương tiện giao thông cá nhân. Tuy nhiên, do được thiết kế để hạ giá thành nên những chiếc xe loại này thường không đảm bảo kỹ thuật về giảm chất thải gây ô nhiễm môi trường và dễ gây ra tai nạn giao thông. Để góp phần giảm mật độ giao thông, ngoài mở rộng diện tích đường sá, một phương pháp khác cũng khá hiệu quả đó là quy hoạch lại phương tiện giao thông trong thành phố như phân luồng, phân tuyến, khuyến khích người dân lựa chọn loại xe làm phương tiện giao thông cá nhân phù hợp để sử dụng. Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê về cơ sở hạ tầng đã nêu trên, các thành phố lớn tại Việt Nam có đường phố phần lớn rất hẹp và mật độ giao thông lại khá cao. Các khu vực dành để đổ xe ô tô cá nhân và diện tích nhà ở của dân thành thị cũng rất hẹp. Để thuận tiện lưu thông và cất giữ xe, chiếc xe mà thị trường tiêu thụ dễ chấp nhận nhất phải có kích thước nhỏ gọn. Vì vậy, xe hai bánh được người dân lựa chọn làm phương tiện đi lại chiếm tỷ lệ cao nhất. Như vậy, trong khi giá xăng dầu ngày càng tăng, để đem lại hiệu quả kinh tế và hạn chế ô nhiễm môi trường, ta cần chọn nguồn động lực tối ưu cho xe 2 bánh. Như chúng ta đã biết, động cơ đốt trong là nguồn động lực phổ biến của phương tiện vận tải nhưng nó cũng có nhiều nhược điểm như gây ô nhiểm môi trường, hiệu suất thấp và nhiên liệu mà nó sử dụng ngày càng khang hiếm. Chính vì vậy mà ngày nay, các nhà sản xuất ô tô và mô tô trên thế giới đã chuyển sang nghiên cứu động cơ sử dụng nguồn nhiên liệu mới hoặc động cơ lai để thay thế dần cho động cơ đốt trong. Trong đó, nguồn năng lượng điện đặc biệt được sử dụng nhiều nhất và cho nhiều triển vọng. Xe điện là loại phương tiện không phát thải khí gây ô nhiễm môi trường và tiếng ồn cũng rất nhỏ. Nếu nguồn cung cấp điện cho xe điện là thuỷ điện, phong điện, địa nhiệt điện hoặc pin nhiên liêu. . . thì việc thay động cơ đốt trong bằng động cơ điện trên xe ô tô sẽ giảm đáng kể nguồn gây ô nhiễm môi trường trên trái đất. Nhược điểm hiện nay của xe điện vấn đề tiếp năng lượng khi xe chạy. Chính vì vậy mà nó chưa được thay thế hoàn toàn động cơ đốt trong mà được sử dụng kết hợp gọi là động cơ lai. Động cơ lai kết hợp được ưu điểm của hai loại nguồn động lực trên và hạn chế những nhược điểm của nhau, tạo nên nguồn động lực mới có hiệu suất cao và ít gây ô nhiễm môi trường hơn. Từ những phân tích trên, ta chọn động cơ lai điện nhiệt để làm nguồn động lực cho xe được thiết kế. Tuy nhiên, khác với nguyên tắc của các loại động cơ lai “vận hành hiệp trợ” của Toyota, Honda, Ford và các hãng xe khác là nguồn điện không cần được nạp lại từ bên ngoài, động cơ lai được trang bị trên xe hai bánh này là động cơ lai “vận hành phụ trợ”. Nguồn điện cung cấp cho động cơ điện chủ yếu được nạp lại từ lưới điện dân dụng, còn động cơ nhiệt chạy bằng khí ga chỉ kéo máy phát điện cung cấp cho động cơ điện khi xe cần chạy đường xa mà thôi. Nói tóm lại, xe gắn máy lai này vận hành từ nguồn năng lượng chính là điện, loại năng lượng mà tại Việt Nam được sản xuất phần lớn từ thuỷ điện bằng một tiềm năng lớn và không gây ô nhiễm môi trường. Khi kết hợp một động cơ đốt trong chạy bằng khí ga hoá lỏng (LPG) chắc chắn động cơ lai “vận hành phụ trợ” của xe cần thiết kế là loại động cơ “sạch” và phù hợp với nền kinh tế Việt Nam. 2.3. XU THẾ PHÁT TRIỂN Ô TÔ SẠCH TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM. Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thê giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe, nhưng có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra các loai ô tô,xe máy mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu lượng tiêu hao nhiên liệu. Mặt khác không những trong tương lai ma hiện nay nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể. Ngày nay xe chạy bằng dầu diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường dẫn đến tình trạng ách tắc giao thông gây ra bao nhiêu vụ tai nan thương tâm cũng như gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày càng xấu đi, hệ sinh thái thay đổi dẫn đến hiệu ứng nhà kính nên nhiệt độ ngày càng một tăng làmnhững tảng băng ở bắc cực, nam cực cùng những nơi khác tan ra gây ra lũ lụt, sóng thần làm cho thế giới phải lao đao. Vì thế việc tìm ra phương án để giảm thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành vận tải nói riêng và mọi người nói chung. Vì thế, Ô tô sạch không gây ô nhiễm (Zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ô tô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung là hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid). Xu hướng phát triển ô tô sạch có thể tổng hợp như sau: + Hoàn thiện động cơ diesel: Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệt tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp. Việc dùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng (dual fuel) cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ diesel. + Ô tô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế: Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza,... có nguồn từ thực vật. Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính. Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế trên phương tiện vận tải nói chung và trên xe buýt nói riêng vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệu còn cao. Tuy nhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồi dào hoặc các loại nhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản xuất công nghiệp. Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethyl ether (DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên. Đây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch có thể dùng cho động cơ diesel giống như LPG. Thử nghiệm trên ô tô cho thấy, ô tô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV. Nếu việc sản xuất DME trên qui mô công nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởng nhất vì khí thiên nhiên phân bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đương dầu mỏ. + Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên: Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về năng lượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trường trong thành phố. Cho tới nay có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe buýt, đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng. Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô tô. Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố bằng sợi carbon. + Ô tô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG: Hiện nay nhiều nước, nhiều khu vực trên thế giới xem việc sử dụng LPG trên ô tô chạy trong thành phố là giải pháp bảo vệ môi trường không khí hữu hiệu. Trong cộng đồng Châu Âu thì Áo là nước sử dụng xe buýt LPG sớm nhất. Thành phố Vienne đã sử dụng xe buýt chạy bằng LPG từ năm 1963 và cho đến nay, thành phố có 500 xe buýt chạy bằng nhiên liệu này. Đan Mạch có 180, Hà Lan có 150, Tây Ban Nha có 60 xe buýt chạy bằng LPG. Ở Ý hiện có hơn 860000 ô tô chạy bằng LPG. Tỉ lệ xe buýt chạy bằng LPG cao hơn xe buýt chạy bằng khí thiên nhiên ở Châu Âu (tỉ lệ hiện nay là 1.100/700). Người ta dự báo lượng LPG tiêu thụ cho giao thông vận tải sẽ gia tăng trong những năm tới do số lượng ô tô sử dụng nguồn năng lượng này gia tăng. Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng để chạy ô tô ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn có lợi thế về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu. Việc chuyển đổi ô tô chạy bằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: sử dụng duy nhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời diesel và LPG (dual fuel). Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng bộ chế hoà khí ki