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.