Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid
Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid 1.MỞ ĐẦU: 1.1 BỐI CẢNH Sự phát triển phương tiện giao thông khu vực giới nói khơng giống có xu chung giới hố qng đường dịch chuyển Sự gia tăng mật độ phương tiện giao thông dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải tải sở hạ tầng ô nhiễm môi trường Sự phát triển ngành giao thông vận tải hầu thực theo định hướng làm giảm nhẹ tác động hai vấn đề đến kinh tế - xã hội - Giảm tải cho sở hạ tầng: Giải vấn đề mặt liên quan đến công tác qui hoạch đô thị, nâng cấp hệ thống giao thông, mở rộng đường, thiết kế tốt nút giao thông, xây dựng bãi đậu xe mặt khác, cần phải lựa chọn loại phương tiện giao thông phủ hợp Mặt thứ vấn đề trách nhiệm cấp quyền quốc gia Cịn nhiệm vụ người nghiên cứu thiết kế, xem xét đến mặt thứ hai vấn đề sử dụng loại phương tiên giao thông hợp lý Trong điều kiện sở hạ tầng phục vụ cho giao thông nước ta chưa phát triển, nhà thành phố chật hẹp, chỗ đậu xe chưa xây dựng, việc sử dụng loại phương tiện giao thông cá nhân cỡ lớn ô tô du lịch từ đến 12 chỗ gây nhiều phiền hà cho công tác tổ chức giao thông cho người sử dụng Vì nhiệm vụ đặt cho quan quản lý giao thông khuyến khích người dân sử dụng loại phương tiện vận chuyển cá nhân thích hợp tơ kích cỡ nhỏ chỗ ngồi xe gắn máy, xe gắn máy phương tiện giao thơng người dân ưa chuộn nước ta Mặt dù chưa phải phương tiện chiếm mật độ giao thông bé (sau xe buýt) phù hợp với điều kiện sử dụng Việt Nam tính động cao, dễ cất giữ, tiêu thụ nhiên liệu giá phù hợp với túi tiền đại đa số người dân lao động - Phát triển nguồn động lực sạch: Hiện nay, phương tiện giao thông tác nhân lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Do đó, yêu cầu cấp bách đặt cho nhà nghiên cứu phải tìm nguồn động lực khơng gây nhiễm (zero emission) để trang bị cho phương tiện giao thơng Ngồi ra, nguy nguồn dầu mỏ bị cạn kiệt tương lai gần nên địi hỏi người cần phải tìm nguồn lượng thay cho dầu mỏ cần phải cải tiến động nâng cao hiệu suất SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid để tiết kiệm lượng Có nhiều giải pháp cơng bố năm gần như: - Tập trung hoàn thiện trình cháy động Diesel - Cải tiến trình cung cấp nhiên liệu đánh lửa động xăng - Sử dụng loại nhiên liệu thay như: LPG (Liquid Petroleum Gas), khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, lượng mặt trời - Nguồn động lực lai (hybrid) điện - nhiệt Tất giải pháp có ưu nhược điểm riêng Trong đó, hai giải pháp đánh giá tốt loại động sử dụng pin nhiên liệu FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle) động lai điện nhiệt HSD (Hybrid Synergy Drive) hãng TOYOTA đề xuất Đối với động FCHV, có ưu điểm hồn tồn khơng gây nhiễm mơi trường nhiên liệu cung cấp cho khí hydrogen có giá thành cao, cịn động HSD giảm đáng kể khả gây nhiễm môi trường, hiệu suất cao sử dụng xăng nên cịn phụ thuộc nhiều vào nguồn cung cấp dầu mỏ Động Diesel cải tiến hạn chế tối đa phát thải khí gây nhiễm mơi trường hiệu suất cao khơng phải động đầy hứa hẹn tương lai sử dụng nhiên liệu dầu mỏ Động sử dụng nhiên liệu khí hố lỏng LPG phát huy nhiều ưu điểm trữ lượng LPG trái đất dồi dào, hiệu suất tương đối cao gây nhiễm mơi trường cịn có nhược điểm vấn đề nạp lại nhiên liệu gặp nhiều khó khăn Một xu hướng bậc sử dụng nguyên lý lai (hybrid) cho nguồn động lực sử dụng phương tiện giao thông vận tải Động lai kết hợp ưu điểm hai động thành phần hạn chế nhược điểm chúng nên tạo hiệu suất tổng hợp cao đồng thời giảm thiểu phát thải khí gây nhiễm mơi trường Vì mà cơng nghệ lai nhà sản xuất ô tô giới tập trung nghiên cứu nhiều Riêng Việt Nam, nguồn động lực lai điện nhiệt với động nhiệt sử dụng nhiên liệu khí hố lỏng LPG có hướng phát triển tốt Thật vậy, mặt lượng điện sản xuất chủ yếu thủy điện (năng lượng tái sinh) chủ động nguồn cung cấp khí dầu mỏ hố lỏng LPG Hiện có nhà máy sản xuất khí ga hoá lỏng Dinh Cố Nhà máy lọc dầu Việt Nam Dung Quất (Quãng Ngãi) vào hoạt động, sản lượng khí đồng hành nhà máy SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid nguồn cung cấp nhiên liệu LPG Mặt khác nhà máy tinh luyện khí thiên nhiên nguồn cung cấp loại nhiên liệu nên khả độc lập nhiên liệu LPG lớn Đây loại động có hiệu suất cao, gây nhiễm mơi trường giá thành chế tạo chi phí cho nhiên liệu sử dụng không cao Tuy nhiên, mô hình động lai chưa nhà khoa học nước nước ý nghiên cứu Hiện nay, nước ta xuất mẫu xe hai bánh xe chạy “gas” (LPG) xe đạp điện Còn giới xe mơ tơ Honda lai điện - xăng đời Cả ba mẫu xe cịn nhiều nhược điểm như: xe chạy “gas” gặp khó khăn vấn đề nạp lại nhiên liệu chưa giảm tối đa phát thải khí gây nhiễm mơi trường động cịn chạy nhiều tốc độ khác nhau; xe chạy điện gặp khó khăn lưu trữ nạp điện nên thời gian sử dụng xe ngày thấp; xe lai điện - xăng giá thành cao cịn 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 hố lỏng việc làm cần thiết có ý nghĩa lớn Việt Nam Bởi loại phương tiện giao thông cá nhân phù hợp với điều kiện sử dụng Việt Nam, giá thành rẻ giảm thiểu tối đa việc gây ô nhiễm môi trường Ngồi ra, đề tài nghiên cứu tính tốn thành cơng cịn góp phần tạo động lực thúc đẩy phát triển cơng nghiệp nước ta Chính mà đề tài “thiết kế hệ thống xe gắn máy lai (hybrid) sử dụng điện nhiên liệu khí hố lỏng (LPG)” đề tài cần thiết có ý nghĩa khoa học - kỹ thuật lớn Việt Nam mà giới 1.2 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA ĐỀ TÀI Ở nước phát triển chạy đua tìm lượng cho phương tiện giới nói chung từ lâu Theo xu hướng chung, đứng đầu phương tiện chạy điện điên-nhiệt, phương tiện chạy pin nhiên liệu ưng viên thứ ba chạy đua Về mặt nhiên liệu cho động nhiệt, chất lượng nhiên liệu lỏng truyền thống nâng cao, loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) áp dụng rộng rãi phương tiện ô tô, xe gắn máy Các loại nhiên liệu sinh học (như ethanol, cilza) có lợi so sánh chung mặt mơi trường giá thành nhiên liệu cao nên hạn chế mặt sử dụng, nhiên liệu tổng hợp từ khí thiên SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid nhiên nghiên cứu, nhiên liệu khí hydro cho tơ – xe máy chưa có triển vọng ứng dụng cơng nghệ giá thành Sự phát triển phương tiện giới sử dụng điện pin nhiên liệu phụ thuộc vào khả phát triển, hoàn thiện loai động truyền thống sử dụng nguồn nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu lỏng để làm giảm ô nhiễm môi trường Các yếu tố cần quan tâm để xem xét gồm dự báo chất lượng hệ thống vận chuyển khách công cộng giá thành pin nhiên liệu với loại nhiên liệu thay khác để đạt mức độ giảm NO x Kết nghiên cứu cho thấy vòng 10 năm tới, kỹ thuật làm giảm NOx cách cải thiện động diesel, sử dụng LPG khí thiên nhiên rẻ sử dụng pin nhiên liệu Trong tương lai dài việc giảm NOx cách sử dụng pin nhiên liệu xe buýt, xe gắn máy có giá thành tương đương với việc cải thiện động diesel để đạt mức độ hiệu Để đạt tính kinh tế mức độ phát ô nhiễm động sử dụng LPG thập niên 2010, giá nhiên liệu hydro phải giảm 50% giá thành pin nhiên liệu phải giảm 30% so với giá Vì vịng thập niên tới, phương tiện giới chạy pin nhiên liệu cha có lợi cạnh tranh so với loại nhiên liệu thay Vì điều kiện nước ta từ đến 2020, ô tô xe gắn máy chạy điện kết hợp với việc nạp điện bổ sung động nhiệt chạy khí dầu mỏ hóa lỏng LPG phù hợp Thật phân tích đây, sở hạ tầng chưa phát triển nên phù hợp với tơ cá nhân có kích thớc bé xe gắn máy Về mặt lượng điện sản xuất chủ yếu thủy điện (năng lượng tái sinh) chủ động nguồn cung cấp khí dầu mỏ hố lỏng LPG Hiện có nhà máy sản xuất ga Dinh Cố nhà máy lọc dầu Việt Nam Dung Quất (Quảng ngãi) vào hoạt động, sản lượng khí đồng hành nhà máy nguồn cung cấp nhiên liệu LPG Mặt khác nhà máy tinh luyện khí thiên nhiên nguồn cung cấp loại nhiên liệu nên khả độc lập nhiên liệu LPG lớn Nhu cầu sử dụng phương tiện giới tương lai xu tất yếu xã hội phát triển Nước ta có thị trường nội địa lớn với 80 triệu dân Cho tới nay, thị trờng nguyên vẹn Trong xu hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) giới (WTO), thị trờng nội địa nước ta chắn mảnh đất SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid màu mỡ nhà sản xuất ô tô, xe máy giới Việc thâm nhập ạt phương tiện giới bên có kích cỡ khơng phù mặt gây vấn nạn ách tắt giao thông mặt khác làm thị phần sản phẩm cơng nghiệp quan trọng đất nước Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất chủng loại ô tô,xe máy phù hợp với điều kiện sử dụng nước có ý nghĩa thiết thực cấp bách nước ta Đề tài " thiết kế hệ thống động lực xe gắn máy hybrid " đặt tảng cho việc thiết kế sản xuất kiểu xe gắn mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện sử dụng nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng lượng cao mức độ phát nhiễm thấp, góp phần thực nhiệm vụ cấp bách nói nhằm đẩy nhanh tiến trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Nói tóm lại, đề tài bước khởi đầu mà thiết kế hoàn chỉnh chế tạo xe gắn máy “điện - nhiệt” Việt Nam với mục tiêu hướng tới là: - Nâng cao điều kiện sống người dân - Tiết kiệm lượng giảm ô nhiễm môi trờng giao thông vận tải - Tạo mặt hàng công nghiệp đặc thù mang lợi cạnh tranh lớn - Phát triển ngành công nghiệp sản xuất xe gắn máy Việt Nam 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu đề tài gồm có: - Tham khảo tài liệu: thống kê, so sánh, tính tốn, phân tích lựa chọn - Thực nghiệm: Thử nghiêm tính tơ hybrid hai chỗ ngồi VIHA Hinh 1: Xe DAIHATSU chạy băng nhiên liệu LPG SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid 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 năm 2004, Honda giới thiệu mẫu xe lai kiểu dáng “scooter” với khả giảm khí thải gây ô nhiểm môi trường tiết kiệm nhiên liệu Xe lai kết hợp hoạt động động đốt phun xăng điện tử 50cc động điện kiểu xoay chiều đồng gắn trực tiếp vào bánh sau xe Hệ thống sử dụng bình ắc quy niken-hyđro để lưu trữ lượng Khi chạy đường phẳng thành phố, động điện dẫn động xe chạy với tốc độ đạt 30 km/h Khi cần lực phát động lớn tăng tốc lên dốc động đốt kết với động điện thông qua truyền động đai vô cấp để tăng thêm công suất kéo Để tận dụng lượng, xe giảm tốc xuống dốc động điện trở thành máy phát điện nạp điện vào ắc quy Mẫu xe có hiệu xuất cao giảm 37% nồng độ CO khí thải so với xe gắn máy công suất Honda hybrid scooter eCycle hybrid 2.1.2 eCycle Hybrid: Xe eCycle đánh giá có công suất xe gắn máy với động 250cc chạy xăng ngoại trừ tốc độ cực đại Khả tăng tốc từ 0100 km/h thời gian giây tốc độ tối đa 120km/h Tiêu thụ nhiên liệu 50km/lít với lượng phát sinh khí thải thấp SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid Các chuyên gia hàng đầu động hybrid khẳng định rằng, eCycle hybrid xe máy đại với loại vật liệu trọng lượng nhẹ, gây nhiễm mơi trường khả hãm tái sinh lượng đạt hiệu cao Kết cấu nhẹ eCycle dựa phận trung tâm, nơi đặt động máy phát, ắc quy hệ truyền động Hệ thống lái đặc biệt giảm xóc lị xo để trần mang đến hình ảnh thể thao cho xe Hệ thống treo phía trước dạng đơn nằm ngang với tay đòn lắp cách chắn với khung trung tâm đơn khối hợp kim nhôm Khối hybrid eCycle đạt công suất 42V x 400A = 16800W Khối lưu trữ điện xe bao gồm ba ắc quy 14V Các bánh xe mâm đúc nhơm đường kính 40cm, hộp số hai tốc độ dẫn động xích Khối lượng xe máy hybrid eCycle khoảng 100 kg 2.1.3 FA - 801 (Hybrid 80CC - 500W): Công ty sản xuất xe gắn máy FUSEN Thái Lan cho đời mẫu xe mô tô lai (hybrid) kết hợp từ động điện 500W động đốt 80cm3 Khi xe chạy từ - 34km/h, động điện hoạt động Khi xe đạt tốc độ 35km/h, hộp điều khiển điện tử khởi động động đốt ngắt động điện, lúc động đốt thay động điện để cung cấp sức kéo cho xe chạy Khi tốc độ xe thấp 35km/h, hệ thống điều khiển giúp xe tự động chuyển sang hoạt động động điện Trên tay lái xe có nút chọn chế độ chạy xe trạng thái: chế độ chạy điện chế độ chạy lai (hybrid) Loại xe có ưu điểm: - Tiết kiệm nhiên liệu giảm ô nhiễm môi trường chạy chế độ lai (hybrid) - Hoạt động êm không ô nhiễm môi trường chạy chế độ xe điện - Giá thành thấp Các đặc tính kỹ thuật xe: - Cơng suất động điện: 500W kéo xe chạy đạt 50km/h, quãng đường xe chạy hết bình ắc quy 90km - Bộ nguồn ắc quy: 12V-17AH x 4bình SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid - Nạp lại ắc quy: 1,8A thời gian từ 4-6 - Tốc độ cực đại xe đạt: 90km/h FA - 801 (Hybrid 80CC - 500W) Bảng đồng hồ Nút lựa chọn chế độ hoạt động 2.2 XE GẮN MÁY LAI (HYBRID) SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KHÍ HĨA LỎNG LPG PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN Ở VIỆT NAM Nhìn chung, đường sá giao thông đô thị thành phố lớn nước ta hẹp so tiêu chuẩn đường đô thị đại Rất nhiều đường với bề rộng nhỏ mét Kiến trúc thành phố mang dáng dấp đô thị cổ xưa chật hẹp lại khó quy hoạch Tỷ lệ diện tích đường giao thơng so với tổng diện tích đất thị bình qn chung nước vào khoảng 17%, thành phố lớn Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phịng thành phố cổ Huế Hội An tỷ lệ thấp nhiều Đặc biệt, thành phố SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid lớn thường tập trung dân cư đông đúc làm cho mật độ giao thông đường phố lớn thường gây tắt ngẽn giao thơng vào cao điểm Ngồi ra, diện tích đất dành cho bãi đỗ xe cơng cộng nhỏ không trọng đầu tư mở rộng nên việc lấn chiếm lòng lề đường phương tiên giao thông phổ biến Theo thống kê tiêu sử dụng đất đô thị thành phố lớn hiên bình quân 100(m2/người), tiêu đất giao thơng 25(m2/người), tiêu đất xanh, công viên, thể dục thể thao 18(m 2/người) tiêu đất xây dựng cơng trình phục vụ lợi ích cơng cộng 5(m 2/người) Rõ ràng số khiêm tốn Cho nên, giải vấn đề ùn tắt giao thông thị tốn nan giải quyền thành phố lớn Bên cạnh vấn đề khó mở rộng diện tích mặt đường thành phố, với tăng đột biến loại xe mô tô mà người dân thành phố sử dụng làm tăng thêm gánh nặng giao thông gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Với chủng loại xe mô tô rẻ tiền sản xuất từ Trung Quốc, hợp thị hiếu tiêu dùng người lao động Việt Nam, người mua sắm làm phương tiện giao thông cá nhân Tuy nhiên, thiết kế để hạ giá thành nên xe loại thường không đảm bảo kỹ thuật giảm chất thải gây ô nhiễm môi trường dễ gây tai nạn giao thơng Để góp phần giảm mật độ giao thơng, ngồi mở rộng diện tích đường sá, phương pháp khác hiệu quy hoạch lại phương tiện giao thơng thành phố 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 sở hạ tầng nêu trên, thành phố lớn Việt Nam có đường phố phần lớn hẹp mật độ giao thông lại cao Các khu vực dành để đổ xe tơ cá nhân diện tích nhà dân thành thị hẹp Để thuận tiện lưu thông cất giữ xe, xe mà thị trường tiêu thụ dễ chấp nhận phải có kích thước nhỏ gọn Vì vậy, xe hai bánh người dân lựa chọn làm phương tiện lại chiếm tỷ lệ cao Như vậy, giá xăng dầu ngày tăng, để đem lại hiệu kinh SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid tế hạn chế ô nhiễm môi trường, ta cần chọn nguồn động lực tối ưu cho xe bánh Như biết, động đốt nguồn động lực phổ biến phương tiện vận tải có nhiều nhược điểm gây ô nhiểm môi trường, hiệu suất thấp nhiên liệu mà sử dụng ngày khang Chính mà ngày nay, nhà sản xuất ô tô mô tô giới chuyển sang nghiên cứu động sử dụng nguồn nhiên liệu động lai để thay dần cho động đốt Trong đó, nguồn lượng điện đặc biệt sử dụng nhiều cho nhiều triển vọng Xe điện loại phương tiện không phát thải khí gây nhiễm mơi trường tiếng ồn nhỏ Nếu nguồn cung cấp điện cho xe điện thuỷ điện, phong điện, địa nhiệt điện pin nhiên liêu việc thay động đốt động điện xe ô tô giảm đáng kể nguồn gây ô nhiễm môi trường trái đất Nhược điểm xe điện vấn đề tiếp lượng xe chạy Chính mà chưa thay hồn tồn động đốt mà sử dụng kết hợp gọi động lai Động lai kết hợp ưu điểm hai loại nguồn động lực hạn chế nhược điểm nhau, tạo nên nguồn động lực có hiệu suất cao gây ô nhiễm môi trường Từ phân tích trên, ta chọn động lai điện nhiệt để làm nguồn động lực cho xe thiết kế Tuy nhiên, khác với nguyên tắc loại động lai “vận hành hiệp trợ” Toyota, Honda, Ford hãng xe khác nguồn điện không cần nạp lại từ bên ngoài, động lai trang bị xe hai bánh động lai “vận hành phụ trợ” Nguồn điện cung cấp cho động điện chủ yếu nạp lại từ lưới điện dân dụng, cịn động nhiệt chạy khí ga kéo máy phát điện cung cấp cho động điện xe cần chạy đường xa mà thơi Nói tóm lại, xe gắn máy lai vận hành từ nguồn lượng điện, loại lượng mà Việt Nam sản xuất phần lớn từ thuỷ điện tiềm lớn không gây ô nhiễm môi trường Khi kết hợp động đốt chạy khí ga hố lỏng (LPG) chắn động lai “vận hành phụ trợ” xe cần thiết kế loại động “sạch” phù hợp với kinh tế Việt Nam SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 10 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid 2.3 XU THẾ PHÁT TRIỂN Ô TÔ SẠCH TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Sự phát triển phương tiện giao thông khu vực thê giới nói chung khơng giống nhau, nước có quy định riêng khí thải xe, có xu hướng bước cải tiến chế tạo loai ô tô,xe máy mà mức ô nhiễm thấp giảm tối thiểu lượng tiêu hao nhiên liệu Mặt khác tương lai ma nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập người dân lại tăng không đáng kể Ngày xe chạy dầu diesel, xăng nhiên liệu khác tràn ngập thị trường dẫn đến tình trạng ách tắc giao thông gây vụ tai nan thương tâm gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí ngày xấu đi, hệ sinh thái thay đổi dẫn đến hiệu ứng nhà kính nên nhiệt độ ngày tăng làmnhững tảng băng bắc cực, nam cực nơi khác tan gây lũ lụt, sóng thần làm cho giới phải lao đao Vì việc tìm phương án để giảm thiểu lượng khí gây nhiễm mơi trường vấn đề cần quan tâm ngành vận tải nói riêng người nói chung Vì thế, Ơ tơ khơng gây ô nhiễm (Zero emission) mục tiêu hướng tới nhà nghiên cứu chế tạo ô tô ngày Có nhiều giải pháp cơng bố năm gần đây, tập trung hoàn thiện trình cháy động Diesel, sử dụng loại nhiên liệu khơng truyền thống cho tơ LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid) Xu hướng phát triển tơ tổng hợp sau: + Hoàn thiện động diesel: Các kỹ thuật để hoàn thiện động diesel cho phép nâng cao rõ rệt tính bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện tử, lọc bồ hóng xử lý khí đường xả xúc tác ba chức năng, nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Việc dùng động diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí nhiên liệu lỏng (dual fuel) giải pháp nâng cao tính động diesel + Ô tô chạy loại nhiên liệu lỏng thay thế: Các loại nhiên liệu lỏng thay quan tâm cồn, colza, có nguồn từ thực vật Do thành phần C nhiên liệu thấp nên q trình cháy sinh chất SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 11 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid nhiễm có gốc carbon, đặc biệt giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Ngày việc ứng dụng loại nhiên liệu lỏng thay phương tiện vận tải nói chung xe buýt nói riêng cịn hạn chế giá thành nhiên liệu cao Tuy nhiên giải pháp có lợi nơi mà nguồn nhiên liệu dồi loại nhiên liệu chiết xuất từ chất thải trình sản xuất công nghiệp Một loại nhiên liệu lỏng thay khác công bố Dimethyl ether (DME) chế tạo từ khí thiên nhiên Đây loại nhiên liệu thay cực dùng cho động diesel giống LPG Thử nghiệm ô tô cho thấy, tơ dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV Nếu việc sản xuất DME qui mô công nghiệp thành thực tương lai nhiên liệu lỏng lý tưởng khí thiên nhiên phân bố khắp trái đất có trữ lượng tương đương dầu mỏ + Ơ tơ chạy khí thiên nhiên: Sử dụng tơ chạy khí thiên nhiên sách hữu ích lượng thay tương lai, đặc biệt phương diện giảm ô nhiễm môi trường thành phố Cho tới có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên xe bt, khí thiên nhiên dạng khí khí thiên nhiên dạng lỏng Một khó khăn khiến cho nguồn lượng chưa áp dụng rộng rãi phương tiện vận tải vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) ô tô Ngày việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên cải thiện nhiều công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố sợi carbon + Ơ tơ chạy khí dầu mỏ hóa lỏng LPG: Hiện nhiều nước, nhiều khu vực giới xem việc sử dụng LPG ô tô chạy thành phố giải pháp bảo vệ môi trường khơng khí hữu hiệu Trong cộng đồng Châu Âu Áo nước sử dụng xe buýt LPG sớm Thành phố Vienne sử dụng xe buýt chạy LPG từ năm 1963 nay, thành phố có 500 xe buýt chạy nhiên liệu Đan Mạch có 180, Hà Lan có 150, Tây Ban Nha có 60 xe buýt chạy LPG Ở Ý có 860000 tơ chạy LPG Tỉ lệ xe buýt chạy LPG cao xe buýt chạy khí thiên nhiên Châu Âu (tỉ lệ 1.100/700) Người ta dự báo lượng LPG tiêu thụ cho giao thông vận tải gia tăng năm tới số lượng ô tô sử dụng nguồn lượng gia tăng SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 12 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày trở nên loại nhiên liệu ưa chuộng để chạy tơ ngồi đặc điểm bật giảm ô nhiễm môi trường cịn có lợi thuận tiện chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ô tô chạy nhiên liệu lỏng sang dùng LPG thực theo ba hướng: sử dụng nhiên liệu LPG, sử dụng xăng LPG, sử dụng đồng thời diesel LPG (dual fuel) Việc tạo hỗn hợp LPG khơng khí thực chế hồ khí kiểu Venturie thơng thường hay phun LPG đường nạp Những hệ thống phun nghiên cứu phát triển phun LPG dạng lỏng buồng cháy để tăng tính cơng tác loại động Cũng loại nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG tơ vấn đề gây nhiều khó khăn áp suất hóa lỏng LPG thấp nhiều so với khí thiên nhiên hay loại khí khác Các loại bình chứa nhiên liệu LPG cải tiến nhiều nhờ vật liệu công nghệ + Ơ tơ chạy điện: Ơtơ chạy điện nguyên tắc ôtô tuyệt đối (zero emission) mơi trường khơng khí thành phố Nhưng ơtơ chạy lượng điện gặp phải khó khăn vấn đề cung cấp điện năng, tất loại ơtơ chạy điện hay nhiều phụ thuộc loại nhiên liệu dùng sản xuất điện So với nhiên liệu truyền thống, mức độ có lợi tính theo C0 tương đương 1Km lên 90% điện sản xuất lượng nguyên tử, khoảng 20% sản xuất điện nhiên liệu gần khơng có lợi sản xuất than Về mặt kỹ thuật ơtơ chạy điện có hai nhược điểm quan trọng lượng trữ thấp (Khoảng 100 lần so với ôtô dùng động nhiệt truyền thống) giá thành ban đầu cao (30-40% cao so với ôtô dùng động nhiệt) Những chướng ngại khác cần giải để đưa ôtô chạy điện vào ứng dụng thực tế cách đại trà khả gia tốc, thời gian nạp điện, vấn đề sưởi điều hịa khơng khí ơtơ Nếu thâm nhập ôtô chạy điện vào sống nhân loại thay loại ôtô chạy động nhiệt loại động nhiệt xử lý nhiễm triệt để với thành tưu công nghệ đại, dĩ nhiên bị biến mức độ có lợi mặt nhiễm dùng động điện khơng đáng kể, chắn có lợi thay ô tô cũ ô tô dùng động nhiệt hoàn thiện triệt để mặt ô nhiễm SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 13 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid Về mặt xã hội ô tơ chạy điện giai đoạn đầu có ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề tâm lý xã hội Thật vậy, hạn chế tính kỹ thuật bán kính hoạt động ơtơ, trở ngại vấn đề nạp điện, khả sử dụng dịch vụ tự phục vụ góp phần làm thay đổi thói quen người dùng làm thay đổi cách sống Mặt khác chuyển ôtô chạy nhiên liệu truyền thống sang ơtơ chạy điện hồn tồn gây chở ngại mặt bố trí trạm nạp điện cho ăcquy Tuy nhiên lợi ích mà xe chạy điện mang lại cho xã hội khơng nhỏ Vì tơ chạy điện chắn vấn lựa chọn số nhân loại vào năm tới kỷ 21 mà phát triển theo cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng công nghệ phát triển ô tô không cho phép giải cách nhanh chóng vấn đề nhiễm mơi trường thị khơng thể xây dựng tồn cấu hạ tầng sở phục vụ thời gian ngắn + Ơ tơ chạy pin nhiên liệu: Một giải pháp nguồn lượng cung cấp cho ô tô tương lai pin nhiên liệu Pin nhiên liệu hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa nhiên liệu thành điện Pin nhiên liệu trước nghiên cứu để cung cấp điện cho tàu không gian ngày pin nhiên liệu bước vào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp lượng cho tơ Do khơng có q trình cháy xảy nên sản phẩm hoạt động pin nhiên liệu điện, nhiệt nước Vì nói ô tô hoạt động pin nhiên liệu ô tô tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm khí xả Ơ tơ chạy pin nhiên liệu không nạp điện mà nạp nhiên liệu hydrogen Khó khăn liên quan đến lưu trữ hydro áp suất cao vật liệu hấp thụ phương tiện vận tải Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro xe để sử dụng cho pin nhiên liệu hệ thống cồng kềnh phức tạp Các công ty chế tạo ô tô Đức (Daimler Benz), Nhật (Toyota), Mỹ (General Motors) có kế hoạch sản xuất tô sử dụng pin nhiên liệu dự kiến thương mại hóa tơ vào năm 2010 Tuy ngày người ta thành công chế tạo loại pin nhiên liệu có hiệu suất cao giá thành phù hợp việc áp dụng phương án xe buýt xa so với thực so với phương án làm giảm nhiễm khác, pin nhiên liệu chạy tơ cịn loại nhiên liệu “xa xỉ” “cao cấp” Ngày người ta thấy SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 14 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid sử dụng pin nhiên liệu để chạy tơ giá thành đắt chạy diesel khoảng 30% + Ô tơ lai (hybrid): Ơ tơ lai loại tơ sử dụng hai nguồn sức kéo bổ sung cho Trong giải pháp sử dụng ô tơ chạy hồn tồn điện cịn nhiều bất cập tơ lai sử dụng động điện động nhiệt tỏ có nhiều ưu Ô tô lai dạng sử dụng động điện chiều chạy accu nạp điện điện lưới ô tô dừng nạp điện bổ sung từ cụm động nhiệt-máy phát điện chiều bố trí xe Ơ tơ lai nghiên cứu từ năm 1990 Đến năm 1997, ô tô lai Toyota Prius đời Nhật Bản Hiện thị trường giới xuất ô tô lai với nhãn hiệu khác nhau: Honda Insight, Honda Civic, Toyota Prius với giá cạnh tranh với ô tô truyền thống , giảm đáng kể lượng chất thải gây ô nhiễm môi trường đươc gọi “ơ tơ lai” Có thể nói cơng nghệ lai chìa khóa mở cánh cửa tiến vào kỷ ngun tơ Đó tơ khơng gây nhiễm mơi trường hay cịn gọi ô tô sinh thai Hinh :Xu hướng phát triển ô tô giới Động nhiệt sử dụng ô tô lai nạp điện bổ sung vào accu nên có cơng suất bé, điều quan trọng làm việc chế độ ổn định SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 15 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid nên người ta điều chỉnh, thiết kế để chế độ động phát ô nhiễm thấp Động nhiệt động Diesel đại với hệ thống lọc bồ hóng xử lý khí xả hay động sử dụng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hố lỏng LPG) Lý tưởng ô tô lai sử dụng động điện chiều động nhiệt nạp điện bổ sung chạy nhiên liệu khí (khí thiên nhiên hay khí dầu mỏ hóa lỏng) với xúc tác ba chức lắp đường xả Ngoài đặc điểm nêu trên, tùy thuộc vào cách bố trí tổ hợp động điện động nhiệt, tơ lai điện-nhiệt cịn có ưu điểm sau: - Có thể phối hợp cơng suất động điện động nhiệt cách tối ưu để đảm bảo hiệu suất sử dụng lượng cao - Có thể tận dụng giai đoạn phanh hay xuống dốc ô tô để nạp điện vào ắc quy Hinh :Một vài kiểu bố trí hệ thống lai tơ Hybrid Chính tơ lai điện-nhiệt ngồi ưu điểm có mức độ phát nhiễm thấp cịn có hiệu suất sử dụng lượng cao 2.4 THỰC TRẠNG CƠ SỞ HẠ TẦNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIAO THƠNG Ở VIỆT NAM Nhìn chung, đường sá giao thông đô thị thành phố lớn nước ta hẹp so tiêu chuẩn đường đô thị đại Rất nhiều đường với bề rộng nhỏ mét Kiến trúc thành phố mang dáng dấp thị cổ xưa chật hẹp lại khó quy hoạch Tỷ lệ diện tích đường giao thơng so với tổng diện tích đất thị bình qn chung nước vào khoảng 17%, thành phố lớn Hà Nội, SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 16 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phịng thành phố cổ Huế Hội An tỷ lệ cịn thấp nhiều Đặc biệt, thành phố lớn thường tập trung dân cư đông đúc làm cho mật độ giao thông đường phố lớn thường gây tắt ngẽn giao thông vào cao điểm Ngồi ra, diện tích đất dành cho bãi đỗ xe công cộng nhỏ không trọng đầu tư mở rộng nên việc lấn chiếm lòng lề đường phương tiên giao thông phổ biến Theo thống kê tiêu sử dụng đất đô thị thành phố lớn hiên bình qn 100(m 2/người), tiêu đất giao thông 25(m2/người), tiêu đất xanh, công viên, thể dục thể thao 18(m2/ người) tiêu đất xây dựng cơng trình phục vụ lợi ích công cộng 5(m 2/người) Rõ ràng số khiêm tốn Cho nên, giải vấn đề ùn tắt giao thông đô thị tốn nan giải quyền thành phố lớn Bên cạnh vấn đề khó mở rộng diện tích mặt đường thành phố, với tăng đột biến loại xe mô tô mà người dân thành phố sử dụng làm tăng thêm gánh nặng giao thông gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Với chủng loại xe mô tô rẻ tiền sản xuất từ Trung Quốc, hợp thị hiếu tiêu dùng người lao động Việt Nam, người mua sắm làm phương tiện giao thông cá nhân Tuy nhiên, thiết kế để hạ giá thành nên xe loại thường không đảm bảo kỹ thuật giảm chất thải gây ô nhiễm môi trường dễ gây tai nạn giao thơng Để góp phần giảm mật độ giao thơng, ngồi mở rộng diện tích đường sá, phương pháp khác hiệu quy hoạch lại phương tiện giao thông thành phố phân luồng, phân tuyến, khuyến khích người dân lựa chọn kích cỡ xe phù hợp để sử dụng Và mấu chốt vấn đề để thực đề tài thiết kế loại xe mô tô phù hợp với sở hạ tầng giao thông đô thị giảm bớt ô nhiễm môi trương Việt Nam 2.5 PHÂN TÍCH HÌNH DÁNG XE VÀ NGUỒN ĐỘNG LỰC CỦA XE GẮN MÁY PHÙ HƠP VỚI ĐIỀU KIỆN Ở VIỆT NAM Xe gắn máy phương tiện vô quan trọng kinh tế quốc dân Mặc dù gây nhiều vấn nạn cho xã hội người ta khơng thể xố bỏ mà tìm cách khắc phục nhược điểm Một gắn máy thị trường nhà nước chấp nhận đưa sử dụng có tiêu chuẩn sau: - Giá phù hợp SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 17 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid - Mẫu mả đẹp - Lưu thông thuận tiện an tồn - Ít gây nhiễm mơi trường Tại thị trường Việt Nam, theo đánh giá nhà chuyên môn, tiềm phát triển phương tiện giới lớn, đặc biệt loại ô tơ,xe gắn máy có giá mức độ thấp trung bình, phù hợp với túi tiền đa số người dân lao động Do đó, việc cho đời xe cho phù hợp với thị trường Việt Nam điều cần thiết Trước hết, ta lựa chọn kiểu dáng xe gắn máy Như số liệu thống kê sở hạ tầng nêu trên, thành phố lớn Việt Nam có đường phố phần lớn hẹp mật độ giao thông lại cao Các khu vực dành để đổ xe ô tô cá nhân diện tích nhà dân thành thị hẹp Để thuận tiện lưu thông cất giữ xe, xe mà thị trường tiêu thụ dễ chấp nhận phải có kích thước nhỏ gọn Vì vậy, chọn xe gắn máy giải pháp tối ưu Sau xác định kiểu dáng phù hợp, ta cần chọn nguồn động lực tối ưu cho xe gắn máy Như biết, động đốt nguồn động lực phổ biến phương tiện vận tải có nhiều nhược điểm gây ô nhiểm môi trường, hiệu suất thấp nhiên liệu mà sử dụng ngày khan Chính mà ngày nay, nhà sản xuất phương tiên vận tải giới chuyển sang nghiên cứu động sử dụng nguồn nhiên liệu động lai để thay dần cho động đốt Trong đó, nguồn lượng điện đặc biệt sử dụng nhiều cho nhiều triển vọng Xe điện loại phương tiện khơng phát thải khí gây nhiễm mơi trường tiếng ồn nhỏ Nếu nguồn cung cấp điện cho xe điện thuỷ điện, phong điện, địa nhiệt điện pin nhiên liêu việc thay động đốt động điện xe ô tô,xe găn máy giảm đáng kể nguồn gây ô nhiễm môi trường trái đất Nhược điểm xe điện vấn đề tiếp lượng xe chạy Chính mà chưa thay hoàn toàn động đốt mà sử dụng kết hợp gọi động lai Động lai kết hợp ưu điểm hai loại nguồn động lực hạn chế nhược điểm nhau, tạo nên nguồn động lực có hiệu suất cao gây nhiễm mơi trường Từ phân tích trên, ta chọn động lai điện nhiệt để làm nguồn động lực cho xe thiết kế Tuy nhiên, khác với nguyên tắc loại động lai “vận hành hiệp trợ” Toyota nguồn điện khơng cần nạp lại từ bên ngồi, động SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 18 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid lai trang bị xe gắn máy động lai “vận hành phụ trợ” Nguồn điện cung cấp cho động điện chủ yếu nạp lại từ lưới điện dân dụng, cịn động nhiệt chạy khí ga LPG kéo máy phát điện cung cấp cho động điện xe cần chạy đường xa mà thơi Nói tóm lại, loại xe máy vận hành từ nguồn lượng điện, loại lượng mà Việt Nam sản xuất phần lớn từ thuỷ điện tiềm lớn không gây ô nhiễm môi trường Với kết hợp động đốt chạy khí ga hố lỏng (LPG) chắn động lai “vận hành phụ trợ” xe gắn máy loại động “sạch” phù hợp với kinh tế Việt Nam Như vậy, chọn kiểu dáng nguồn động lực cho xe cần thiết kế xe gắn máy kết hợp hai động lai điện - nhiệt (LPG) 2.6 CÁC CẤU HÌNH ĐỘNG HỌC CỦA Ơ TÔ HYBRID SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 19 Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C4LT Trang 20 ... Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid tế hạn chế ô nhiễm môi trường, ta cần chọn nguồn động lực tối ưu cho xe bánh Như biết, động đốt nguồn động lực phổ biến phương... tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid lai trang bị xe gắn máy động lai “vận hành phụ trợ” Nguồn điện cung cấp cho động điện chủ yếu nạp lại từ lưới điện dân dụng, động nhiệt... Phan - Lớp 08C4LT Trang Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid Các chuyên gia hàng đầu động hybrid khẳng định rằng, eCycle hybrid xe máy đại với loại vật liệu trọng lượng