Tính toán thiết kế xe máy hybrid phù hợp với điều kiện ở việt nam

LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới
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.
Một xu hướng rất nổi bật 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 xe trên thế giới tập trung nghiên cứu rất nhiều.
Qua phân tích trên, rõ ràng việc nghiên cứu chế tạo xe gắn máy lai xăng-
điện là một việc làm cần thiết. 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 “Tính toán thiết kế xe
máy hybrid phù hợp với điều kiện ở Việt Nam” là đề tài rất cần thiết và có
ý nghĩa khoa học - kỹ thuật rất lớn.
Hà Nội, ngày 11 tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Phạm Văn Vinh

MỤC LỤC
1
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ TÌNH HÌNH 5

GIAO THÔNG HIỆN NAY TẠI VIỆT NAM
1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí 5
1.1.1. Ô nhiễm không khí 5
1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm không khí 6
1.1.3.Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra
1.2. Cơ sở hạ tầng và tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Việt Nam 9
1.2.1. Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ 9
1.2.2. Tình hình giao thông đường bộ hiện tại 10
CHƯƠNG 2
CÁC NGUỒN NHIÊN LIỆU, NĂNG LƯỢNG THAY THẾ SỬ DỤNG
CHO ĐỘNG CƠ HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 13
2.1. Nhiên liệu lỏng 13
2.1.1. Dầu thực vật (Biodiesel) 13
2.1.3. Ethanol 14
2.2. Nhiên liệu khí 15
2.2.1. Khí hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) 15
2.2.2. Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas) 16
2.3. Các loại nhiên liệu khác 16
2.3.1. Xe điện 16
2.3.2. Fuel – cell 19
2.3.4. Hybrid 20
CHƯƠNG 3
TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 22
2
3.1 Định nghĩa về xe Hybrid 22
3.2 Các chế độ làm việc của xe Hybrid 22
3.3 Xu hướng phát triển và ưu điểm của xe Hybrid 24
3.4. Phân loại xe Hybrid 25
3.4.1 Theo thời điểm phối hợp công suất 25
3.4.2. Theo cách phối hợp công suất 26

3.5 Một số kiểu xe máy Hybrid đã được thiết kế chế tạo trên thế giới 30
3.5.1 Honda Hybrid Scooter 31
3.5.2.eCycle Hybrid 32
3.5.3 FA - 801 (Hybrid 80cc - 500W) 32
3.5.4 Piaggio MP3 Hybrid 34
CHƯƠNG 4
PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN 36
4.1 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối mô men 36
4.2 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ 38
4.3. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết hỗn hợp 40
4.4. Chọn phương án thiết kế 41
CHƯƠNG 5
CHỌN XE CƠ SỞ VÀ NGUỒN CÔNG SUẤT CHO
XE MÁY HYBRID 42
5.1. Công suất tính toán 42
5.2. Các thông số cơ bản của xe tham khảo 43
3
5.3. Các thông số cơ bản động cơ điện 45
5.4. Sơ đồ hệ thống truyền lực 45
5.4.1 Chọn hệ thống truyền lực theo xe tham khảo 46
5.4.2 Kiểm nghiệm các tỷ số truyền 49
5.4.3 Tỷ số truyền đai i
m
của động cơ điện 51
CHƯƠNG 6
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
6.1. Cấu hình và mục tiêu thiết kế của xe 52
6.2. Cách trạng thái hoạt động 53
6.2.1 Chế độ một mình mô tơ kéo xe 53
6.2.2 Chế độ hybrid 54

6.2.3 Chế độ sạc pin 54
6.2.4 Chế độ một mình động cơ đẩy xe 55
6.2.5 Chế độ chỉ sử dụng phanh tái sinh 55
6.2.6 Chế độ phanh hybrid 56
6.3 Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo ở chế độ chỉ động cơ đốt trong 57
6.4. Xây dựng đường đặc tính cân bằng lực kéo chỉ động cơ điện 59
6.5. Kết hợp cả động cơ đốt trong và động cơ điện 60
6.5.1 Khi tốc độ bắt đầu vượt quá 60km/h 60
6.5.2 Khi tốc độ đạt giá trị v
max
= 95km/h 60
6.6. Xây dựng đồ thị đặc tính tăng tốc 61
6.6.1 . Đồ thị gia tốc của xe 61
6.6.2. Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc của xe 63
KẾT LUẬN 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
VÀ TÌNH HÌNH GIAO THÔNG HIỆN NAY TẠI VIỆT NAM
1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí
1.1.1. Ô nhiễm không khí
Ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không
phải riêng của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến
đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Hàng năm con
người khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời
cũng thải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như:
chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng
các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng.
Theo định nghĩa của các nhà khoa học “ Ô nhiễm không khí là sự có mặt

một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm
cho không khí không sạch hoặc gây sự toả mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm
nhìn xa (do bụi)”.
Duới đây là số liệu thống kê hàng năm khối lượng các chất thải có:
• 20 tỉ tấn cacbon điôxít
• 1,53 triệu tấn SiO
2

• Hơn 1 triệu tấn niken
• 700 triệu tấn bụi
• 1,5 triệu tấn asen
• 900 tấn coban
• 600.000 tấn kẽm (Zn), thuỷ ngân(Hg), hơi chì (Pb) và các chất độc hại
khác.
5
Ô nhiễm môi trường khí quyển tạo nên sự ngột ngạt và "sương mù", gây
nhiều bệnh tật ở người. Nó còn tạo ra mưa axít làm huỷ diệt rừng và các cánh
đồng.
Điều đáng lo ngại nhất là con người thải vào không khí các loại khí độc
như: CO
2
, NO
X
, CH
4
, CFC gây hiệu ứng nhà kính. Theo nghiên cứu, chất khí
quan trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO
2
, nó đóng góp 50% vào việc gây
hiệu ứng nhà kính, CH

4
là 13%, ozon tầng đối lưu là 7%, nitơ 5%, CFC là
22%, hơi nước ở tầng bình lưu là 3%
Nếu như chúng ta không ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì
trong vòng 30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5 – 3,5 m (Stepplan
Keckes). Nhiệt độ trung bình của Trái Đất sẽ tăng khoảng 3,60°C (G.I.Plass),
và mỗi thập kỷ sẽ tăng 0,30°C.
Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ
Trái Đất tăng 0,40°C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây,
các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt
độ của Trái Đất sẽ tăng thêm 1,5 – 4,50°C nếu con người không có biện pháp
hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính.
Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ôzôn
gây hậu quả xấu cho sức khoẻ của con người và các sinh vật sống trên mặt
đất.
1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm không khí
a. Nguồn tự nhiên: cháy rừng, bão bụi, các quá trình phân huỷ, thối rữa
xác động, thực vật tự nhiên
b. Nguồn nhân tạo: quá trình đốt nhiên liệu, do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát
1.1.3. Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây
ra
6
a. Thành phần khí thải động cơ
Các hợp chất ô nhiễm chính trong khí thải có thể chia làm hai nhóm : khí
và hạt rắn. Người ta phân biệt các chất ô nhiễm sơ cấp được thải ra từ các
nguồn xác định (CO, HC,…) với các chất ô nhiễm thứ cấp (O
3
, …) được sản
sinh ra từ các phản ứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với nhau dưới tác động
của điều kiện môi trường như bức xạ mặt trời.

- Các thành phần khí thải từ động cơ Diesel
CO
2
2÷12%
H
2
O 2÷12%
O
2
3÷17%
NO
X
50÷1000ppm
HC 20÷300 ppm
CO 10÷500 ppm
SO
2
10÷30 ppm
N
2
O ≈3 ppm
- Các thành phần khí thải từ động cơ xăng
+ HC (unburned hydro cacbon)
+ CO (carbon monoxide)
+ NO
x
(nitơ oxit)
+ SO
x
(oxit lưu huỳnh)

+ Bồ hóng
+ CO
2
(carbon dioxide) và H
2
O
b. Những tác hại do khí thải gây ra
7
- Đối với sức khỏe con người: không khí ô nhiễm có thể giết chết
nhiều cơ thể sống trong đó có con người. Ô nhiễm không khí trong nhà và
ngoài môi trường tại Việt Nam là rất cao, điều này được lý giải bằng việc
bệnh lý có liên quan đến ô nhiễm không khí ngày càng gia tăng.
+ CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi,
không vị, sinh ra do ô xy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu
trong điều kiện thiếu oxy. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong
máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxy. Nạn nhân bị tử vong khi
70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong không khí lớn hơn
1000ppm). Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối
với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng
mặt, buồn nôn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh
hưởng mạnh.
+ NO
x
: NO
x
là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận.
NO
x
được hình thành do N
2

tác dụng với O
2
ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt
quá 1100
0
C). Monoxyde nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở
để tạo ra dioxyde nitơ (x=2). NO
2
là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác
có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm.
NO
2
là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi
gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất
ngủ, ho, khó thở. Protoxyde nitơ N
2
O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí
quyển.
+ Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không
hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường.
Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure
thơm. Từ lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh
ung thư máu (leucémie) khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn
hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m
3
, đôi khi nó là nguyên nhân gây các
bệnh về gan.
8
+ SO
2

: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hòa
tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H
2
SO
4
và muối amonium rồi đi theo
đường hô hấp vào sâu trong phổi. Mặt khác, SO
2
làm giảm khả năng đề kháng
của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với
nạn nhân.
+ Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí
xả động cơ Diesel. Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung
bình khoảng 0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi. Sự nguy hiểm của bồ
hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ
học nào khác có mặt trong không khí, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung
thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của
chúng trong quá trình hình thành.
- Đối với môi trường: thay đổi nhiệt độ khí quyển, ảnh hưởng đến sinh thái
1.2. Cơ sở hạ tầng và tình hình giao thông đường bộ hiện nay ở Việt Nam
1.2.1. Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ
Giao thông đường bộ là một bộ phận quan trọng của giao thông vận tải
nói riêng và của hệ thống kết cấu hạ tầng kinh tế xã hội nói chung, nó có vai
trò rất quan trọng trong phát triển kinh tế-xã hội, đóng góp to lớn vào nhu cầu
đi lại của nhân dân, nâng cao giao lưu với các vùng, xóa đi khoảng cách về
địa lỵ, chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng hợp lý phát huy lợi thế của từng
vùng, từng địa phương, từng ngành, xóa đói giảm nghèo, củng cố an ninh
quốc phòng… Tuy nhiên hệ thống hạ tầng giao thông đường bộ của nước ta
trong thời gian qua còn bộc lộ nhiều hạn chế làm cản trở nhiều tới mục tiêu
phát triển chung của đất nước, làm giảm khả năng thu hút vốn đầu tư vào nền

kinh tế đặc biệt là các nguồn vốn nước ngoài và giảm tốc độ công nghiệp hóa-
hiện đại hóa đất nước, cản trở tiến trình hội nhập kinh tế khu vực và trên thế
giới. 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
9
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.
1.2.2. Tình hình giao thông đường bộ hiện nay
Năng lượng tiêu thụ ở các đô thị có thể chiếm tới 3/4 tổng năng lượng
tiêu thụ của quốc gia. Năng lượng tiêu thụ, tức là tiêu thụ nhiên liệu than, dầu,
xăng, khí đốt càng nhiều, nguồn khí thải ô nhiễm càng lớn, do đó các vấn đề
ô nhiễm không khí trầm trọng thường xảy ra ở các đô thị, đặc biệt là thường
xảy ra ở các đô thị lớn.
Năm 1980 Năm 2000 Hiện nay
Xe
đạp
Ô tô, xe
máy
GT công
cộng
Xe
đạp

Ô tô, xe
máy
GT công
cộng
Xe
đạp
Ô tô, xe
máy
GT công
cộng
80% 5% 15% 65% >30% <5% 2-3% 87-88% 10%
Bảng 1.1 Bùng nổ giao thông cơ giới (ước tính)
Đô thị càng phát triển thì số lượng phương tiện GTVT lưu hành trong đô thị
càng tăng nhanh. Đây là áp lực rất lớn đối với môi trường không khí đô thị.
10
Hình 1.1 Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam
(Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam và Vụ KHCN&MT, Bộ GTVT, 2009)
Số lượng phương tiện cơ giới này tập trung chủ yếu rất lớn tại các đô thị lớn,
đặc biệt là ở Tp. Hồ Chí Minh và Hà Nội (Hình 1.2).
Một đặc trưng của các đô thị Việt Nam là phương tiện giao thông cơ
giới 2 bánh chiếm tỷ trọng lớn. Ở các đô thị lớn, trong những năm qua, tỷ lệ
sở hữu xe ôtô tăng nhanh, tuy nhiên lượng xe máy vẫn chiếm tỷ lệ rất lớn.
Hình 1.2 Số lượng xe máy trên 1.000 dân ở các thành phố lớn của Việt Nam
năm 2006 (Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam, 2007)
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.
11
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.
Dựa trên những cơ sở về tình hình giao thông tại Việt Nam ta có thể
thấy tình trạng ách tắc giao thông do các phương tiện giao thông đang ngày
càng nghiêm trọng, đồng thời phương tiện chủ yếu mà người dân sử dụng là
ô tô, xe gắn máy,…đây là loại phương tiện gây ô nhiêm môi trường nhiều
nhất. Do đó, cần có những phương tiện sử dụng các loại năng lượng sạch và
gọn nhằm hạn chế tình trạng ách tắc giao thông và ô nhiễm môi trường.
12
CHƯƠNG 2
CÁC NGUỒN NHIÊN LIỆU, NĂNG LƯỢNG THAY THẾ SỬ DỤNG
CHO ĐỘNG CƠ HIỆN NAY 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. 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. Xe sạch không gây ô
nhiễm (Zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế

tạo xe 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, ethanol,
biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid).
2.1. Nhiên liệu lỏng
2.1.1. Dầu thực vật (Biodiesel)
Tính chất lí hóa của một số dầu thực vật tham khảo:
Loại dầu Khối lượng (g/cm
3
) Độ nhớt Nhiệt trị Chỉ số êtan
13
(cst) (Mj/kg)
Dầu phộng
Dầu cải
Dầu dừa
Dầu bông
Dầu cọ
Dầu đậu nành
Dầu diesel
0.914
0.916
0.915
0.921
0.195
0.920
0.836
85
77
30 - 37
73

95 - 106
58 - 63
3 - 6
39.33
37.40
37.10
36.78
36.92
37.30
43.80
38 - 41
38
40 - 42
35 – 40
38 - 40
36 - 38
45 - 50
Bảng 2.1 - Một số tính chất cơ bản của các loại dầu thực vật.
Biodiesel là nguồn nguyên liệu có thể tái chế, giúp giảm sự phụ thuộc
vào dầu mỏ bởi vậy khi sử dụng nó sẽ làm giảm lượng khí thải, vì biodiesel
chỉ chứa chưa đến 15 phần triệu sunfua, ngoài ra lượng khí thải
hydrocacbon và cacbonmonooxit (CO) sẽ giảm tỷ lệ thuận với tỷ lệ
biodiesel. Một trong những ưu điểm lớn nhất của của việc sử dụng biodiesel
thể hiện ngay ở động cơ.
Biodiesel oxy hóa nhanh do đặc điểm thành phần hóa học. Ngoài ra,
việc sử dụng nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây các vấn đề
sau: ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình chứa nhiên liệu do
tính dễ bị oxy hóa của biodiesel, làm hư hại nhanh các vòng đệm cao su do sự
không tương thích của biodiesel với chất liệu làm vòng đệm. Ngày nay, việc
sản xuất biodiesel còn gặp nhiều khó khăn do giá thành các sản phẩm nông

nghiệp chế biến biodiesel cao, không lợi về mặt kinh tế.
2.1.3. Ethanol
Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp
lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành
đường đơn như ngô, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn … Ethanol còn
được sản xuất từ các loại cây cỏ có chứa cellulose
Nếu pha ethanol vào xăng, tùy theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm
14
lượng xăng khoảng 10 – 15% mà công suất, hiệu suất, độ mài mòn động cơ
hầu như không đổi.
2.2. Nhiên liệu khí
2.2.1. Khí hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas)
Là nhiên liệu được tổng hợp từ sự tinh luyện dầu mỏ hoặc khí thiên
nhiên.
LPG bay hơi ở nhiệt độ và áp suất bình thường. Với lý do này, LPG được giữ
trong những bình thép áp lực. Để cho phép dãn nở của chất lỏng, những bình
nay không được làm đầy hoàn toàn mà chúng được làm đầy vào khoảng 80%
đến 85% thể tích của chúng. Tỷ số giữa thể tích khí bay hơi và khí lỏng phụ
thuộc vào thành phần cấu tạo, nhiệt độ và áp suất.
Hiện tại, các hãng sản xuất ô tô như Citroen, Deawoo, Fiat, Ford,
Hyundai, Opel/Vauxhall, Peugoet, Renault, Saab, Toyota và Volvo đã có
những mẫu xe chạy hai nhiên liệu là LPG và xăng. Ở đó, xăng và LPG có thể
dùng thay phiên nhau.
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.
2.2.2. Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas)
Khí thiên nhiên là khí được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong tự
nhiên.Thành phần chủ yếu: Metan (CH
4
) chiếm khoảng 80 – 90% tùy thuộc
vào nguồn khai thác, còn lại là các hidrocacbon khác như Etan, propan…
15
Khí thiên nhiên nén ( CNG): Khí thiên nhiên được nén ở áp suất cao,
các áp suất thường sử dụng là 165,5 bar (2400 psi), 206,9 bar (3000 psi),
248,2 bar (3600 psi) chứa trong các bình chứa cao áp mắc song song. Cùng
một năng lượng như nhau, khí thiên nhiên hóa lỏng LNG có thể tích và khối
lượng bình chứa nhỏ hơn khi nó ở dạng khí CNG (thường tỷ lệ 1:3 đối với thể
tích và 1:3,7 với khối lượng).
2.3. Các loại nhiên liệu khác
2.3.1. Xe điện
Sự phát triển dự kiến hằng năm của ôtô điện đến năm 2010 ở 3 khu vực:
Mỹ, Châu Âu, Nhật, người ta ước tinh khoảng chừng 2 triệu xe được sản suất
hằng năm ở 3 khu vực trên. Tuy thị trường ôtô có giá trị tuyệt đối đáng kể
nhưng thị phần chỉ chiếm 1 tỷ lệ khá thấp ( khoảng 3% ) so với ôtô sử dụng
nhiên liệu truyền thống.
1995 2000 2005
200
400
600
Hình 2.1 - Sự phát triển của xe điện tại Mỹ, Châu Âu và Nhật.
Về mặt kỹ thuật hiên nay, ôtô điện có 2 nhược điểm quan trọng
đó là năng lượng dữ trự thấp ( thấp hơn 100 lần so với ôtô truyền thống ) có
giá trị ban đầu cao hơn 30%. Ngoài ra còn có những vấn đề quan trọng khác
cần giải quyết khi ứng dụng sử dụng ôtô điện là : khả năng tăng tốc, thời gian

nạp điện, vấn đề sưởi & điều hòa không khí.
16
Hình 2.2 - Chỉ số sử dụng năng lượng của xe ô tô động cơ xăng và điện
Những tiến bộ gần đây về tính năng kỹ thuật của bình điện có nhiều
hứa hẹn sẽ ứng dụng nhiều hơn trong những năm tới. Khả năng chứa điện
tăng từ 35-50Wh/kg đối với bình điện chì – axit hay Nikel – Cadium tăng đến
70Wh/kg đối với bình điện Ni-MH ( hydure kim loại ) và tăng 160 Wh/kg đối
với bình Lithium dạng ion.
Về phương diện ô nhiễm ôtô chạy bằng điện rất lý tưởng về mức độ
gây tiếng ồn, cũng như không phát sinh chất gây ô nhiễm.
Về phương diện phát sinh chất khí gây hiệu ứng nhà kính, ôtô điện
đương nhiên có lợi thế hơn các ôtô sử dụng động cơ nhiệt. Tuy nhiên lợi thế
này phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng trong sản suất điện năng. So với
nhiên liệu truyền thống, mức độ có lợi ( tính theo CO
2
trên 1 km ) lên khoảng
90% đối với điện sản suất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản
suất điện bằng nhiên liệu và gần như không có lợi gì khi sản suất điện bằng
than.
17
Hình 2.3 - Mức độ phát thải khí CO
2
tương đuơng của các loại động
cơ đốt trong và điện
Hình 2.4 - Hiệu suất năng lượng tương đuơng của các loaị động
cơ đốt trong và điện
18
Hình 2.5 Mức độ phát thải tương đuơng của các loại
động cơ đốt trong và điện
Hiện tại ô tô dùng năng lượng mặt trời chưa được sử dụng phổ biến và

nhưng nó đang được chú trọng nghiên cứu đối với các nhà nghiên cứu. Năng
lượng mặt trời được sử dụng dưới dạng năng lượng điện thông qua các bộ
chuyển đổi như các pin quang áp, bộ chuyển đổi nhiệt điện mặt trời, bộ
chuyển đổi quang, quy trình quang sinh học. Với việc không gây ra chất khí
gây ô nhiễm, năng lượng mặt trời được xem là năng lượng lí tưởng cho việc
sử dụng các thiết bị, phương tiện giao thông trong tương lai.
2.3.2. Fuel – cell
Pin nhiên liệu hoạt động giống như pin thông thường: Khí H
2
thổi vào
pin, khi đó khí H
2
kết hợp với khí O
2
tạo ra H
2
O , quá trình này sinh ra dòng
điện. Chất thải duy nhất là hơi nước sạch.
Phản ứng hoá học xảy ra như sau:
2 H
2
+ O
2
= 2H
2
O
Năng lượng mà mỗi pin nhiên liệu này tạo ra phù thuộc vào luồng khí
cung cấp bao gồm khí hydro và oxy. Mỗi tế bào tạo ra dòng điện 1 chiều từ
0,6→0,8V.
19

Do đó người ta kết hợp nhiều fuel cell lai với nhau tạo nguồn năng
lượng cung cấp cho xe hoạt động. Khí H
2
có thể sản suất từ các mỏ khí thiên
nhiên hoặc cũng có thể điện ly nước thành khí H
2
và O
2
. Khí H
2
được hóa lỏng
và làm lạnh ở nhiệt độ thấp. Sau đó được vận chuyển đến các trạm bơm. Tại
đây xe bus sẽ nạp khí vào các xylanh áp suất đặt ở mỗi xe.
Ưu thế nổi bật của hydro là khi cháy trong động cơ chỉ phát thải NO
x
.
Chỉ có một lượng rất nhỏ CO và HC trong khí xả là do sự cháy của dầu bôi
trơn. Trong thành phần khí xả chỉ có hơi nước là sản phẩm cháy chính, không
có CO
2
, bồ hóng, SO
2
, chì, benzen, aldehyte và các chất gây hiệu ứng nhà
kính khác. Nguồn sản xuất hydro lại dồi dào và có khả năng tái tạo được: đó
là nước. Khi tách hydro trong nước, sản phẩm thứ 2 là oxy – một chất
cần thiết cho công nghiệp, y học và đặc biệt là rất cần thiết đối với các sinh
vật trên trái đất này.
Tuy nhiên, khi sử dụng nhiên liệu khí hydro cũng gặp 2 khó khăn lớn
đó là sản xuất hydro và chứa hydro trong bình dự trữ trên xe. Việc tách hydro
từ nước đòi hỏi tốn nhiều năng lượng, bởi vì liên kết O – H trong phân tử

nước là liên kết cộng hoá trị rất bền vững.
2.3.4. Hybrid
Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ô tô và mô tô hybrid
đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính
kinh tế và môi trường. Có thể nói, công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa
tiến vào kỷ nguyên mới của những phương tiện không gây ô nhiễm môi
trường hay còn gọi là phương tiện giao thông sinh thái.
Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, công nghệ hybrid đang được sự
quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất
xe trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu xe hybrid xuất hiện trên thị trường
và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại xe này.
20
Những chiếc xe hybrid chạy bằng sự kết hợp giữa một động cơ xăng
truyền thống và một mô-tơ điện được điều khiển bằng một thiết bị chứa năng
lượng như một bộ pin. Ở những điều kiện đơn giản, chúng hoạt động
dựa trên nguyên tắc: một mô-tơ điện cung cấp năng lượng ở tốc độ thấp như
khi lái xe trong thành thị, và chuyển sang dùng xăng khi lái ở những vận tốc
cao hơn. Các công nghệ hybrid cải thiện hiệu quả nhiên liệu và vì thế tiết
kiệm nhiên liệu đáng kể so với một chiếc xe chạy bằng xăng thông thường,
cũng như thải ra ít carbon hơn.
21
CHƯƠNG 3
TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID
3.1. Định nghĩa về xe Hybrid
Xe hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động
cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, diesel…) với động cơ điện lấy
năng lượng điện từ một ắc quy cao áp. Điểm đặc biệt là ắc quy được nạp điện
với cơ chế nạp thông minh như khi xe phanh, xuống dốc… gọi là quá trình
phanh tái tạo năng lượng. Nhờ vậy mà ôtô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi
vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng

khi cần thiết. Bộ điều khiển điện tử dựa vào các thông số ở từng trường hợp
cụ thể sẽ quyết định sử dụng nguồn năng lượng nào, tức là khi nào thì sử dụng
động cơ đốt trong, khi nào dùng nguồn năng lượng kia, khi nào thì dùng vận
hành đồng bộ.
3.2 Các chế độ làm việc của xe Hybrid
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống hybrid
22
Sơ đồ nguyên lý hoạt động chung của loại xe HEVs (Hybrid electric
vehicles). Các chế độ làm việc của hệ thống hybrid:
- Động cơ đốt trong một mình truyền năng lượng để chạy xe: chế độ
này được sử dụng trong vùng tối ưu của động cơ đốt trong, khi xe đạt đến một
tốc độ đã được xác định từ đặc tính động cơ, động cơ sẽ được khởi động và
khi động cơ đạt được số vòng quay ở vùng tối ưu thì động cơ điện sẽ tắt và xe
được chạy hoàn toàn bằng động cơ đốt trong.
- Động cơ điện một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy: chế độ này
được sử dụng khi xe chạy ở chế độ một mình khởi hành, vận hành xe ở tốc độ
thấp, hay địa hình hạn chế phát thải ô nhiễn như trong thành phố. Do đặc tính
của động cơ điện có mô men lớn ở số vòng quay thấp nên tận dụng được mô
men, khi ở số vòng quay thấp động cơ đốt trong có mức tiêu thụ nhiên liệu
lớn do đó sử dụng động cơ điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu và không phát sinh
phát thải độc hại.
- Cả hai động cơ đốt trong và điện truyền năng lượng để đẩy xe chạy:
chế độ này được sử dụng trong quá trình tăng tốc hay leo dốc. Khi xe tăng tốc
đến tốc độ mà động cơ đốt trong vượt ra khỏi dải tối ưu thì động cơ điện lại
được khởi động bổ sung năng lượng giúp đẩy xe. Công suất hai động cơ được
kết nối đẩy xe tăng tốc cực đại hay cần mô men để vượt dốc.
- Ắc quy thu năng lượng từ quá trình phanh tái sinh: trong quá trình
phanh năng lượng được thu hồi và lưu tại pin để tái sử dụng sau thông qua
một động cơ điện. Năng lượng sinh ra khi phanh trên xe thông thường chuyển
hóa thành nhiệt năng, còn trên xe hybrid hệ thống phanh được cải tiến để thu

hồi năng lượng chuyển thành điện năng nạp điện cho ắc quy.
- Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong: chế độ mà động cơ đốt
trong nạp năng lượng cho pin khi xe dừng lại lúc đó không có năng lượng đi
tới tải hoặc khi ắc quy cần nạp điện. Khi xe dừng lại động cơ đốt trong có thể
được tắt, nhưng nếu ắc quy cần nạp điện thì năng lượng từ động cơ không
truyền tới bánh xe mà truyền qua động cơ điện để nạp cho ắc quy.
23
- Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong và từ tải đồng thời: khi
xe xuống dốc, năng lượng từ động cơ điện do không có cản, lúc này lực cản
quán tính sẽ âm. Năng lượng do lực này sinh ra sẽ cấp điện nạp cho ắc quy.
- Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và ắc quy đồng thời: khi
ắc quy cần nạp điện, dòng năng lượng từ động cơ chia thành hai dòng tới
động cơ điện để nạp cho ắc quy và tới bánh xe chủ động.
- Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới ắc quy và động cơ điện nhận
năng lượng từ ắc quy truyền tới tải.
- Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và tải truyền năng lượng
tới ắc quy thông qua động cơ điện.
3.3. Xu hướng phát triển và ưu điểm của xe Hybrid
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói
chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe,
nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại xe mà
mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó
càng cấp thiết khi mà 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.
Các xe chạy bằng diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn
ngập trên thị trường gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày
một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi. Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối
thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm
nhất hiện nay. Xe sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng
tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo xe ngày nay. Có nhiều giải pháp đã

được công bố trong những năm gần đây như: hoàn thiện quá trình cháy của
động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống như LPG, khí thiên
nhiên, biodiesel, điện, năng lượng mặt trời, xe lai (hybrid)
Về mặt đặc tính động lực học của xe, ở chế độ khởi hành, xe chỉ dùng
động cơ điện. Đặc tính mô men cơ của động cơ điện tại số vòng quay nhỏ cho
24
mô men động cơ cao, do đó sử dụng động cơ điện để khởi hành rất thích hợp.
Còn khi số vòng quay vượt quá số vòng quay định mức thì đường mô men là
đường hypebol bậc 2, đường này cũng phù hợp với đặc tính động lực học của
xe.
Về tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường, dựa trên đặc
tính của động cơ đốt trong, ta thấy được dải hoạt động của mô men xoắn chưa
tối ưu. Ở tốc độ vòng quay động cơ thấp, mô men nhỏ không đáp ứng được
điều kiện cản, do đó xe ô tô thông thường cần phải có hộp số. Hơn nữa, đặc
tính mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ cho thấy chỉ có một vùng động cơ
hoạt động tối ưu với mô men lớn và mức tiêu thụ nhiên liệu nhỏ. Xe hybrid
giải quyết được vấn đề này, bộ điều khiển sẽ quyết định trạng thái hoạt động
của động cơ để điều chỉnh dải làm việc của động cơ trong vùng tối ưu của nó.
3.4. Phân loại xe Hybrid
3.4.1. Theo thời điểm phối hợp công suất
a. Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm
Khi ôtô bắt đầu ở tốc độ thấp, nên loại này có khả năng tiết kiệm nhiên
liệu khi khởi hành, motor điện sẽ hoạt động cung cấp công suất giúp xe
chuyển động và tiếp tục tăng dần lên với tốc độ khoảng 25 mph (1,5 km/h)
trước khi động cơ nhiệt tự khởi động. Để tăng tốc nhanh từ điểm dừng, động
cơ nhiệt phải khởi động ngay lập tức mới có thể cung cấp công suất tối đa.
Ngoài ra, motor điện và động cơ nhiệt cũng hỗ trợ cho nhau khi điều kiện lái
yêu cầu nhiều công suất, như khi leo dốc, leo núi hoặc vượt qua xe khác. Do
motor điện được sử dụng nhiều lái ở đường phố hơn là khi đi trên đường cao
tốc. Xe ô tô Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai dòng điển hình thuộc

loại này.
b. Phối hợp khi cần công suất cao
25