Báo cáo nghiên cứu khoa học: "Ô TÔ HYBRID CỠ NHỎ, PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG CÁ NHÂN TƯƠNG LAI PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM" docx

ễ Tễ HYBRID C NH, PHNG TIN GIAO THễNG
C NHN TNG LAI PH HP VI IU KIN
VIT NAM
SMALL SIZE HYBRID CAR, APPROPRIATE FUTURE INDIVIDUAL
VEHICLE IN VIETNAM


BI VN GA
i hc Nng
H S XUN DIU
NCS khoỏ 2004-2007, Ngnh K thut ng c Nhit
NGUYN QUN
NCS khoỏ 2005-2008, Ngnh K thut ng c Nhit


TểM TT
Vit Nam bt u ỏp dng tiờu chun khớ thi EURO2 t ngy 1 thỏng 7 nm 2007. Mc dự
õy l tiờu chun rt thp nhng cng ó t ra nhiu vn khú khn v nhiờn liu, cụng
ngh, Di ỏp lc ngy cng tng ca cụng tỏc bo v mụi trng, tiờu chun khớ thi ca
nc ta chc chn s ngy cng c sit cht thờm. Bi bỏo phõn tớch vin nh phỏt trin
ca phng tin c gii v nng lng trờn th gii xut mụ hỡnh phng tin giao
thụng cỏ nhõn phự hp vi Vit Nam cng nh nhng kt qu nghiờn cu bc u v loi
phng tin ny.
ABSTRACT
EURO 2 regulation will be applied in Vietnam from the 1
st
July 2007. Although it is an easy
regulation, it raises a lot of problems in terms quality of fuel and technology. Under pressure of
environment protection laws, emission regulation in our country should certainly be more and
more strict. Based on the analysis of development of future vehicles and perspective of energy
resources in the world, this paper suggests a model of appropriate individual car for Vietnam

and presents some initial results in the study of this vehicle.


1. Giới thiệu
Sự phát triển các phơng tiện giao thông ở
các khu vực trên thế giới nói chung không giống
nhau nhng đều có xu thế chung là từng bớc ô tô
hóa dần các quãng đờng dịch chuyển. Các chuyên
gia kinh tế cho rằng thị trờng ô tô tiềm năng trong
thế kỷ 21 sẽ dịch chuyển từ các nớc Đông âu và
Châu Mỹ La Tinh sang các nớc Đông Nam á,
Trung á và cuối cùng là Châu Phi. Theo dự báo, số
lợng ô tô ở Châu á Thái Bình Dơng sẽ tăng từ 0,7
chiếc/1000 ngời dân năm 1985 đến 10 chiếc/1000
ngời dân năm 2020 và 20 chiếc/1000 ngời dân
vào năm 2060. Số lợng ô tô phụ thuộc vào thu
nhập đầu ngời. Thờng thị trờng ô tô bắt đầu phát
triển khi GDP của vùng lãnh thổ khoảng 2000 USD
trở lên (hình 1).


0
10

20

30

40

50

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0
Hoa Kỳ

ú
c
ý

Anh
Tây Ban Nha

Aix
-
len

Đài Loan

H
àn Quốc

Brazil
Trung Quốc

H
à Lan

Đ an Mạ ch

Na Uy

Thụy Sĩ

Nhật Bản

Đức
Phá p
GDP/ng ời dân/1000 (USD)

Số ô tô/1000 dân (chiếc)

Hình 1. Quan hệ giữa GDP và số lợng ô tô

Sự gia tăng mật độ ô tô dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải quyết đó là sự quá tải của cơ sở hạ tầng
và ô nhiễm môi trờng. Sự phát triển ngành giao thông vận tải và công nghiệp chế tạo ô tô của hầu hết
các nớc đều đợc thực hiện theo định hớng làm giảm nhẹ sự tác động của hai vấn đề này đến kinh tế-
xã hội.
Giải quyết vấn đề cơ sở hạ tầng giao thông một mặt liên quan đến công tác qui hoạch đô thị,
nâng cấp hệ thống giao thông, mở rộng đờng, thiết kế tốt các nút giao thông, xây dựng các bãi đậu
xe và mặt khác, cần phải lựa chọn kích cỡ ô tô phù hợp.
Kích cỡ và kiểu dáng ô tô đã có sự thay đổi rất đáng kể trong
thế kỷ qua và dờng nh theo qui luật "đờng xoắn trôn ốc".
Thật vậy ngày nay ngời ta lại tìm thấy những ô tô mới nhất
có kiểu dáng nh ô tô "2 chevaux" (thờng gọi là xe con cóc)
kích thớc nhỏ gọn của các hãng ô tô nổi tiếng trên thế giới
sản xuất. Ngời ta u tiên chọn ô tô nhỏ bởi lẽ chúng gọn
nhẹ, chiếm ít không gian trong garage và thuế lu hành thấp.
Chính vì vậy, những chủng loại xe nh Peugeot 205, Renault
Twingo, Ford KA, BMW "2 chevaux" thuộc loại ô tô bán
chạy nhất ở Châu Âu. Mới đây trên thị trờng ô tô thế giới
xuất hiện những chủng loại ô tô có kích thớc rút gọn hai chỗ
ngồi SMART (hình 2). Trên thị trờng Châu á, các nhà chế
tạo ô tô cũng rất quan tâm đến việc sản xuất các loại ô tô cỡ
nhỏ. Ô tô Matiz của Daewoo là một ví dụ điển hình.
Về mặt hạn chế ô nhiễm
môi trờng, các nhà sản xuất ô tô
không ngừng nghiên cứu nâng cao
chất lợng sản phẩm của mình để
thích nghi với các tiêu chuẩn phát
thải ô nhiễm ngày càng trở nên
nghiêm ngặt. Các nớc phát triển

hiện đang áp dụng tiêu chuẩn phát
thải ô nhiễm EURO4 và đang
hớng về tiêu chuẩn EURO5,
nghiêm ngặt hơn. Nớc ta từ trớc
đến giờ cha qui định tiêu chuẩn cụ
thể. Kể từ ngày 1 tháng 7 năm
2007, nớc ta áp dụng tiêu chuẩn
EURO2 (hình 3). Mặt dù tiêu
chuẩn này còn rất thấp nhng việc
áp dụng nó cũng đã đặt ra nhiều
vấn đề về nhiên liệu và kỹ thuật
động cơ. Giả sử rằng các phơng tiện cơ giới của chúng ta đạt đợc tiêu chuẩn khí thải này thì mức độ
phát ô nhiễm của chúng cũng còn rất cao so với các nớc phát triển. Vì vậy cần phải nghiên cứu các
giải pháp về phơng tiện giao thông sạch khả dĩ hạn chế mức độ phát thải mà không cần đến các loại
động cơ thế hệ mới.
2. Xu hớng phát triển ô tô sạch
Ô tô sạch không gây ô nhiễm (Zero emission) là mục tiêu hớng tới của các nhà nghiên cứu và
chế tạo ô tô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã đợc công bố trong những năm gần đây, tập trung vào việc
hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô nh
LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lợng mặt trời, ô tô lai
(hybrid). Xu hớng phát triển ô tô sạch có thể tổng hợp nh sau:
+
Hoàn thiện động cơ diesel:


HC g/km

0,98
0,71
0,

56

0,30
0,025
0,
0
5

0,
0
8

0,
25
0,
50
0,
63
0,
87
NO
x
g/km
CO g/km
1.06

0,64

0,50

Hạ t rắn g/km

2,88

EURO 1
EURO 2
EURO 3
EURO 4
EURO 5

Hình 3. Tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm của ô tô

Hình 2. Ô tô cỡ nhỏ của hãng Smart

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 đờng xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lợng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu
diesel có hàm lợng lu 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 CO
2
, chất khí gây hiệu ứng nhà kính. Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế
trên phơng 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 đợc chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản xuất công nghiệp.
Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây đợc công bố là Dimethyl ether (DME) đợc
chế tạo từ khí thiên nhiên. Đây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch có thể dùng cho động cơ diesel giống

nh 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 tơng lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tởng nhất vì khí thiên nhiên phân
bố đều khắp trên trái đất và có trữ lợng tơng đơng 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 lợng thay thế
trong tơng lai, đặc biệt về phơng diện giảm ô nhiễm môi trờng trong thành phố. Cho tới nay có hai
giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe buýt, đó là khí thiên nhiên dới dạng khí và khí thiên nhiên
dới dạng lỏng. Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lợng này cha đợc áp dụng rộng
rãi trên phơng tiện vận tải là vấn đề lu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô tô. Ngày
nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã đợc 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:
Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu a chuộng để chạy ô tô ngoài
những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trờng 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 đợc thực
hiện theo ba hớng: 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 kiểu
Venturie thông thờng hay phun LPG trên đờng nạp. Những hệ thống phun mới đang đợc nghiên cứu
phát triển là phun LPG dạng lỏng trong buồng cháy để tăng tính năng công tác của loại động cơ này.
Cũng nh các loại nhiên liệu khí khác, việc lu trữ LPG trên ô tô là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất
mặc dù áp suất hóa lỏng của LPG thấp hơn rất nhiều so với khí thiên nhiên hay các loại khí khác. Các
loại bình chứa nhiên liệu LPG cũng đợc cải tiến nhiều nhờ vật liệu và công nghệ mới.
+ Ô tô chạy bằng điện:
Ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môi trờng không
khí trong thành phố. Nguồn điện dùng để chạy ô tô đợc nạp vào accu do đó quãng đờng hoạt động
độc lập của ô tô phụ thuộc vào khả năng tích điện của accu. Nếu nguồn điện đợc sản xuất từ các
nguồn năng lợng tái sinh (thủy điện, pin mặt trời ) thì ô tô dùng điện là loại phơng tiện lý tởng nhất
về mặt ô nhiễm môi trờng. Tuy nhiên nếu nguồn điện đợc sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thì u
điểm này bị hạn chế nếu xét về mức độ phát ô nhiễm tổng thể. Ngày nay ô tô chạy bằng accu đã đạt

đợc những tính năng vận hành cần thiết giống nh ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống.
+ Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu:
Một trong những giải pháp của nguồn năng lợng sạch cung cấp cho ô tô trong tơng lai là pin
nhiên liệu. Pin nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện
năng. Pin nhiên liệu trớc đây chỉ đợc nghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhng
ngày nay pin nhiên liệu đã bớc vào giai đoạn thơng mại hóa để cung cấp năng lợng cho ô tô. Do
không có quá trình cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pin nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nớc.
Vì vậy có thể nói ô tô hoạt động bằng pin nhiên liệu là ô tô sạch tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô
nhiễm trong khí xả. Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu không nạp điện mà chỉ nạp nhiên liệu hydrogen. Khó
khăn vì vậy liên quan đến lu trữ hydro dới áp suất cao hoặc trong vật liệu hấp thụ trên phơng tiện
vận tải.
+ Ô tô lai (hybrid):
Ô tô lai là loại ô tô sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau. Trong khi các giải
pháp sử dụng ô tô chạy hoàn toàn bằng điện còn nhiều bất cập thì ô tô lai sử dụng động cơ điện và động
cơ nhiệt tỏ ra có nhiều u thế nhất. Ô tô lai dạng
này sử dụng động cơ điện một chiều chạy bằng
accu đợc nạp điện bằng điện lới khi ô tô dừng
và nạp điện bổ sung từ cụm động cơ nhiệt-mát
phát điện một chiều bố trí trên xe. Ô tô lai đợc
nghiên cứu từ những năm 1990. Đến năm 1997,
chiếc ô tô lai đầu tiên Toyota Prius ra đời tại Nhật
Bản. Hiện nay trên thị trờng thế giới đã xuất hiện
ô tô lai với các nhãn hiệu khác nhau: Honda
Insight, Honda Civic, Toyota Prius với giá cả
cạnh tranh với ô tô truyền thống.
Động cơ nhiệt sử dụng trên ô tô lai chỉ cung cấp
năng lợng bổ sung nên có công suất bé. Động cơ
nhiệt ở đây có thể là động cơ Diesel hiện đại với
hệ thống lọc bồ hóng và xử lý khí xả hay động cơ
sử dụng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí dầu

mỏ hoá lỏng LPG). Lý tởng nhất là ô tô lai sử
dụng động cơ điện một chiều và động cơ nhiệt
nạp điện bổ sung chạy bằng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên hay khí dầu mỏ hóa lỏng) với bộ xúc tác ba
chức năng lắp trên đờng xả.

3. Ô tô cá nhân ở Việt Nam

Theo đánh giá của các nhà chuyên môn, tiềm năng phát triển ô tô ở nớc ta là rất lớn, đặc biệt
là các loại ô tô có giá cả ở mức độ thấp và trung bình. Trong điều kiện cơ sở hạ tầng phục vụ cho giao
thông ở nớc ta cha đợc phát triển, nhà ở thành phố chật hẹp, bãi đậu xe cha đợc xây dựng, các
loại ô tô cá nhân cỡ lớn sẽ gây nhiều phiền hà cho công tác tổ chức giao thông cũng nh cho ngời sử
dụng. Vì vậy việc xác định một kiểu dáng xe phù hợp với cơ sở hạ tầng và thỏa mãn các tiêu chí về mức
độ phát ô nhiễm ở nớc ta là rất cần thiết. Ô tô cá nhân ở nớc ta trớc hết phải là phơng tiện đi lại
thông dụng có thể thay thế xe gắn máy. Vì vậy ô tô phải gọn nhẹ có tốc độ và quãng đờng hoạt động
tơng đơng với xe gắn máy nhng an toàn và tiện nghi hơn, đặc biệt là tránh ma nắng và bụi trên
đờng. Giá thành của xe phải thấp để đại bộ phận ngời dân có nhu cầu có thể mua sắm. Trong bối
cảnh đó thì ô tô cỡ nhỏ hai chỗ ngồi là phù hợp với nớc ta nhất.
Về hệ thống động lực của ô tô, từ những phân tích trên đây chúng ta thấy xu thế phát triển
tơng lai của ô tô là hớng về ô tô sinh thái, trong đó ô tô lai kết hợp dẫn động giữa động cơ đánh lửa
cỡng bức và động cơ điện có u thế lớn nhất hiện nay. Để đón đầu sự phát triển này, chúng ta chọn hệ
thống động lực của ô tô Việt Nam theo kiểu lai điện-nhiệt, trong đó động cơ điện chạy bằng accu và
động cơ nhiệt chạy bằng khí thiên nhiên (NGV) hay khí gas hóa lỏng (LPG).
Sử dụng hệ thống động lực nh trên đối với ô tô cá nhân ở nớc ta sẽ mang lại lợi ích về nhiều
mặt. Thật vậy, phần lớn điện năng của chúng ta đợc sản xuất bằng thủy điện (năng lợng tái sinh)
không có khí thải gây ô nhiễm. Khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hoá lỏng là sản phẩm của quá trình khai


Hình 4. Xu hớng phát triển ô tô sạch

thác dầu khí. Trữ lợng dầu thô của nớc ta không lớn nhng trữ lợng khí thiên nhiên còn rất dồi dào.
Hiện nay chúng ta đã khai thác các mỏ khí thiên nhiên ở phía nam để sản xuất điện, đạm. Chúng ta có
nhà máy sản xuất ga Dinh Cố và nhà máy lọc dầu số 1 ở Dung Quốc sẽ hoạt động trong những năm tới.
Vì vậy khả năng độc lập nhiên liệu khí của chúng ta sẽ rất lớn.

4. Kết quả nghiên cứu bớc đầu về ô tô hybrid hai chỗ ngồi ở Việt Nam
Nhóm nghiên cứu phơng tiện giao thông sạch của Đại học Đà Nẵng đã tiến hành nghiên cứu
lắp đặt hệ thống động lực cho ô tô hybrid hai chỗ ngồi đợc cung cấp năng lợng từ hai nguồn: động cơ
điện chạy bằng accu và động cơ nhiệt chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG. Sơ đồ hệ thống động lực
nh trình bày trên hình 5.








Hình 5. Sơ đồ hệ thống động lực ô tô hybrid điện-LPG hai chỗ ngồi
Trên sơ đồ hình 5, động cơ điện có công suất 3kW đợc cung cấp điện từ nguồn accu có sức
điện động 48V. Động cơ nhiệt có dung tích xi lanh 125cm
3
nguyên thủy lắp trên xe gắn máy tay ga
đợc chuyển đổi sang chạy bằng LPG nhờ bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu GA-6. Hai nguồn động
lực trên có thể cung cấp cho cầu chủ động của ô tô một cách riêng rẽ hay phối hợp. Tốc độ cực đại của
ô tô đạt 35km/h khi chỉ chạy bằng động cơ điện, đạt 45km/h khi chỉ chạy bằng động cơ LPG và đạt
65km/h khi chạy bằng cả hai nguồn động lực. Hình 6 giới thiệu ảnh chụp hệ thống động lực của ô tô
hybrid sau khi lắp đặt xong. Hình 7 là ảnh chụp của xe khi đang chạy thử nghiệm.
Các tính năng của ô tô nh trên phù hợp với điều kiện vận hành trong thành phố. Mức độ phát ô
nhiễm của ô tô đạt đến mức lý tởng: ô tô hoàn toàn không phát ô nhiễm khi chạy bằng điện và khi chạy

bằng LPG, mức độ phát ô nhiễm của xe chỉ bằng khoảng 20% mức độ phát ô nhiễm của một xe gắn máy.
Động cơ

điện
Động cơ
nhiệt LPG
Hộp

vi sai
Accu

LPG



Hình 6. Lắp đặt hệ thống động lực lên ô tô hybrid hai
chỗ ngồi


Hình 7. Chạy thử ô tô hybrid 2 chỗ ngồi

5. Kết luận
- Tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm của Việt Nam hiện nay còn rất thấp so với các nớc phát triển.
Bằng cách đi truyền thống (cải thiện động cơ, nâng cao chất lợng nhiên liệu), Việt Nam khó có thể
đuổi kịp các nớc phát triển về hạn chế ô nhiễm môi trờng.
- Giải pháp khả thi nhất là sớm sử dụng nhiên liệu sạch, chủ yếu là nhiên liệu khí (khí thiên
nhiên NGV, khí dầu mỏ hóa lỏng LPG) trên ô tô, xe gắn máy hybrid để đạt đợc mức độ phát thải ô
nhiễm lý tởng.
- Sử dụng nhiên liệu khí còn có ý nghĩa quan trọng trong chiến lợc năng lợng quốc gia khi
mà trữ lợng dầu thô của nớc ta sắp cạn kiệt và trữ lợng khí thiên nhiên còn rất dồi dào.

TI LIU THAM KHO

[1] BUI VAN GA, NGUYEN QUAN: Thit k b trớ h thng ng lc trờn ụ tụ hybrid 2
ch ngi. Tp chớ Khoa hc v Cụng ngh-i hc Nng, s 4(8)/2004, pp. 4-8.
[2] BUI VAN GA: Xe gn mỏy sch. Tp chớ Giao thụng Vn ti s 1+2-2005, pp. 75-77.
[3] BUI VAN GA, NGUYEN QUAN: ễ tụ hybrid (lai) Vit Nam. Khoa hc v Phỏt trin,
s 109+110-2005, pp. 28-32.
[4] BUI VAN GA, NGUYEN QUAN: Nghiờn cu h thng ng lc cho ụ tụ hybrid (lai)
Vit Nam. Tp chớ Giao thụng Vn ti, s 3-2005, pp. 58-60.
[5] BUI VAN GA, NGUYEN QUAN, HO SI XUAN DIEU: A study of Power Train
System for Vietnamese Hybrid Car. Paper 044, International Conference on
Automotive Technology for Vietnam, ICAT 2005. Hanoi, October 22-24, 2005.