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 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
SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C
4
LT Trang 1
Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid
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
SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C
4
LT Trang 2
Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid
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.
SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C
4
LT Trang 3
Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid
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 NO
x
. Kết quả nghiên cứu cho thấy trong vòng 10 năm
tới, kỹ thuật làm giảm NO
x
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 NO
x

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
SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C
4
LT Trang 4
Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid
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:
SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C
4
LT Trang 5
Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid
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 50
cc

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
SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C
4
LT Trang 6
Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid
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 80
CC
- 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 80cm
3
. 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.
SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C
4
LT Trang 7
FA - 801 (Hybrid 80
CC

- 500W)
Nút lựa chọn chế độ hoạt động
Bảng đồng hồ
Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kê hệ thống động lực xe gắn máy hybrid
.
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
SVTH: Nguyễn Trọng Phan - Lớp 08C
4
LT Trang 8