Đồ án tốt nghiệp ô tô thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – động cơ nhiệt (thuyết minh + bản vẽ)

Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ XE Ô TÔ HYBRID 2 CHỖ NGỒI SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI – ĐỘNG CƠ NHIỆT
Nhóm sinh viên thực hiện: TẠ NGỌC THIÊN BÌNH
HUỲNH KIM TRẠNG
PHẠM NGUYÊN SƠN
Lớp: 05C4A,B
Giáo viên hướng dẫn: TS. DƯƠNG VIỆT DŨNG
Giáo viên duyệt: PGS. TS. TRẦN VĂN NAM
MỤC LỤC
1
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ TÌNH HÌNH
GIAO THÔNG HIỆN NAY TẠI VIỆT NAM 1
1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí 1
1.1.1. Ô nhiễm không khí 1
1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm không khí 2
1.1.3.Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra 3
1.1.4. Thành phần và những tác hại của khí thải động cơ. 7
1.2. Cơ sở hạ tầng và tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng 10
1.2.1. Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ tại Đà Nẵng 10
1.2.2. Tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng 11
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
2.1.2. Methanol. 14
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. Ôtô điện 16
2.3.2. Fuel – cell. 17
2.3.4. Hybrid. 18
2.4. Tiềm năng năng lượng mặt trời và xu hướng khai thác sử dụng nhiên liệu
LPG dùng cho động cơ hiện nay và trong tương lai 19
2.4.1. Tiềm năng năng lượng mặt trời 19
2.4.2.Cơ sở và xu hướng khai thác sử dụng nhiên liệu khí LPG Việt Nam 24
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ VÀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG XE
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NHIÊN LIỆU LPG 26
3.1. Công nghệ và ứng dụng xe năng lượng mặt trời 26
3.1.1. Công nghệ chế tạo tế bào năng lượng mặt trời 26
3.1.2. Các ứng dụng năng lượng mặt trời trong công nghiệp và đời sống 27
3.1.3. Ứng dụng năng lượng mặt trời trên các phương tiện giao thông 30
3.1.4. Giải pháp nạp điện cho các phương tiện giao thông chạy bằng điện 35
3.2. Công nghệ và ứng dụng nhiên liệu LPG 39
3.2.1. Các công nghệ LPG được sử dụng hiện nay 39
3.2.2. Giới thiệu kỹ thuật phun sử dụng kỹ thuật ống Venturi 40
2
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
3.2.3. So sánh các hệ thống khác nhau 41
3.2.4. Ứng dụng nhiên liệu LPG trên các phương tiện giao thông 42
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 45
4.1. Phương án thiết kế chế tạo mới toàn bộ 45

4.2. Phương án sử dụng các linh kiện tương đương có sẵn 46
4.3. Phương án thiết kế mới một số hệ thống và chọn các linh phụ kiện có sẵn46
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ TỔNG THỂ VÀ TÍNH TOÁN XE NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI – ĐỘNG CƠ NHIỆT 50
5.1. Thiết kế bố trí chung 50
5.1.1. Các điều kiện kỹ thuật 50
5.1.2. Các thông số ban đầu 50
5.1.3. Thiết kế bố trí tiện nghi trên xe 51
5.2. Tính toán công suất động cơ 55
5.3. Tính toán ổn định 56
5.4. Xác định vận tốc lớn nhất của xe SC4 60
5.5. Khả năng leo dốc của ôtô 61
CHƯƠNG 6: TÍNH CHỌN HỆ THỐNG TREO, HỆ THỐNG PHANH, HỆ
THỐNG LÁI 62
6.1. Hệ thống treo 62
6.1.1. Chọn loại hệ thống treo 62
6.2.2. Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước và sau 62
6.2. Hệ thống phanh 64
6.2.1. Xác định mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh 64
6.2.2. Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe 66
6.2.3. Tính toán kiểu cơ cấu phanh đĩa 67
6.3. Hệ thống lái 71
6.3.1. Xác định các thông số cơ bản 71
6.3.2. Xác định mômen cản quay vòng M
cq
72
6.3.3. Xác định lực cần tác dụng lên vô lăng 74
CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN KHUNG GẦM
(CHASSIS) 77
7.1. Giới thiệu các loại khung gầm (Chassis) 77

7.2. Nghiên cứu về khí động học của ô tô 80
7.3. Xác định loại khung, vỏ thiết kế xe SC4 84
7.4. Đặc điểm, yêu cầu và vật liệu chế tạo khung xe SC4
85
3
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
7.4.1. Đặc điểm, yêu cầu của khung xe
85
7.4.2. Chọn vật liệu chế tạo các thanh dầm
87
7.5. Tính toán khối lượng khung
87
7.5.1. Giả thiết về tải trọng và chế độ tĩnh
87
7.5.2. Tính toán khối lượng khung xe SC4
88
7.6. Ứng dụng phần mềm RDM tính toán kiểm nghiệm bền khung xe 89
7.6.1. Giới thiệu phần mềm RDM
89
7.6.2. Kiểm tra bền khung xe
95
CHƯƠNG 8: ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 111
8.1. Động cơ nhiệt 111
8.1.1. Tính chọn loại động cơ nhiệt sử dụng trên xe
111
8.1.2. Xây dựng các đường đặc tính động cơ 112
8.1.3. Lý thuyết bộ chuyển đổi LPG/ xăng
117
8.2. Tính toán thiết kế hệ thống truyền lực 125
8.2.1. Phương án bố trí 125

8.2.2. Chọn loại truyền lực chính 126
8.2.3.Tính toán truyền lực chính 129
8.2.4. Bán trục 131
8.2.5. Hộp số lùi 139
CHƯƠNG 9: HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN XE Ô TÔ HYBRID HAI CHỖ NGỒI
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI- ĐỘNG CƠ NHIỆT 146
9.1. Giới thiệu về các bộ phận chính về hệ thống điện trên xe 146
9.1.1. Pin năng lượng mặt trời 147
9.1.2. Bộ điều kế (Charge Controlier) 150
9.1.3. Ắcquy 150
9.1.4. Động cơ 155
9.1.5. Thiết kế bàn đạp ga 159
4
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
9.1.6. Bộ đổi điện 163
9.1.7. Bộ điều khiển động cơ 163
9.1.8. Bộ nạp điện 166
9.2. Sơ đồ đấu nối và nguyên lý hoạt động 167
9.3. Đặc tính tốc độ của hai động cơ điện 168
9.3.1. Cơ sở để xây dựng đặc tính tốc độ của hai động cơ 168
9.3.2. Phương pháp xây dựng 168
CHƯƠNG 10: HIỆU QUẢ KINH TẾ XÃ HỘI CỦA XE Ô TÔ HYBRID
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI – ĐỘNG CƠ NHIỆT 171
10.1. Tính hiệu quả kinh tế và ô nhiễm môi trường 171
10.2 Hiệu quả xã hội và khả năng thu hồi vốn dự án 173
KẾT LUẬN 175
TÀI LIỆU THAM KHẢO 176
5
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
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.
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.
6
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
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
Hình 1.1 - Nguồn khí thải do cháy rừng
• Núi lửa: Núi lửa phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu
sunfua, mêtan và những loại khí khác.
• Cháy rừng: Các đám cháy rừng và đồng cỏ thường lan truyền rộng, phát
thải nhiều bụi và khí.

• Bão bụi: gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và
gió thổi tung lên thành bụi. Nước biển bốc hơi và cùng với sóng biển tung bọt mang
theo bụi muối lan truyền vào không khí.
• Các quá trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên: phát thải
nhiều chất khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí
sunfua, nitrit, các loại muối v.v Các loại bụi, khí này đều gây ô nhiễm không khí.
b. Nguồn nhân tạo
Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công
7
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
Hình 1.2 - Nguồn khí thải từ ô tô
nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hoá thạch và hoạt động của các phương tiện giao thông.
Nguồn ô nhiễm công nghiệp do hai quá trình sản xuất gây ra:
• Quá trình đốt nhiên liệu: thải ra rất nhiều khí độc đi qua các ống khói của
các nhà máy vào không khí.
• Do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát: trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các
đường ống dẫn tải. Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng có thể được
hút và thổi ra ngoài bằng hệ thống thông gió.
Các ngành công nghiệp chủ yếu gây ô nhiễm không khí bao gồm: nhiệt điện; vật
liệu xây dựng; hoá chất và phân bón; dệt và giấy; luyện kim; thực phẩm….
1.1.3. Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra
1.1.3.1. 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.
Nhìn chung chất gây ô nhiễm môi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau :

• Dioxyde de carbone (CO
2
), sản phẩm của quá trình oxi hóa hoàn toàn nhiên liệu
• Monoxyde de carbone (CO), đến từ quá trình oxi hóa không hoàn toàn nhiên liệu
• Oxyde d’azote (NO
x
), gồm : monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d'azote (NO
2
).
• Các hạt rắn, sản phẩm của các quá trình hình thành phức tạp.
• Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV-composés organiques volatils), là các hợp
chất hóa học hữu cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện bình thường có
thể bay hơi một lượng đáng kể vào không khí. Về thành phần COV là sự kết hợp
giữa các hydrocarbure (như alcane, alcène, aromatique, )
• Các hợp chất hữu cơ đa vòng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – HAP),
như benzoapyrene
8
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
• Dioxyde de sulfure (SO
2
), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu.
• Các kim loại, có trong dầu và nhiên liệu.
a. Thành phần khí thải của động cơ Diesel
Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành
năng lượng cơ học. Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong quá trình
cháy lý tưởng, nó chỉ sinh ra CO
2
và H
2
O. Trong thực tế người ta quan sát thấy một

vài sản phẩm khí và rắn khác. Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của các
tạp chất chứa trong các HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác liên
quan đến sự phức tạp của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy. Bảng 1
sau giới thiệu thành phần điển hình của khí thải động cơ Diesel:
Bảng 1.1 - Thành phần cơ bản của khí thải 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
b. 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) sẽ được tạo ra khi lưu huỳnh (S) trong nhiên liệu được
ràng buộc với oxy (O) trong không khí do cháy, nếu nhiên liệu có chứa lưu huỳnh.
Tuy nhiên, kể từ khi xăng hiện nay là desulfurized gần như hoàn toàn, Sox không
được đánh giá là thành phần của lượng phát thải tự động ngay bây giờ.
• Đối với bồ hóng, bồ hóng chỉ không mà còn vi hạt (PM), mà thậm chí còn
nhỏ hơn bồ hóng, được quy định cho động cơ diesel, tuy nhiên, chúng không quy
định cho động cơ xăng. Bồ hóng có thể là những thải từ động cơ xăng là tốt, nó là
một trong những thành phần mà không được kiểm soát. Ngoài ra, còn có các thành
phần thải từ động cơ xăng.
• CO
2
(carbon dioxide) và H
2
O
Ngoài các thành phần quy định trong phát thải tự động như HC, CO, NOx và
PM (cho động cơ diesel), các thành phần nhỏ, mà không được quy định nhưng có
thể có hại cho cơ thể con người. Ví dụ, toluen, benzen, formaldehyde,
acetaldehyde, 1,3-butadien, SO
2,
formic acid, N
2
O, vv. Đây sẽ là một tiêu chuẩn
9
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
tương ứng với PRTR (Nhật Bản), trong đó có thể điều chỉnh các thành phần phụ
trong phát thải tự động trong tương lai.
1.1.3.2. Những tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra

a. 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. Ô nhiễm không khí gây bệnh đường hô hấp, bệnh tim mạch, viêm vùng họng,
đau ngực, tức thở. Ô nhiễm không khí không những gây nên các bệnh lý ở đường
hô hấp, mà còn ảnh hưởng lên sự phát triển của thai nhi, là nguyên nhân làm chậm
phát triển hệ thần kinh, trí não và tâm thần vận động ở trẻ em. Đặc biệt, trẻ dưới 5
tuổi là đối tượng bị ảnh hưởng nặng nề nhất, bởi cơ thể trẻ đang trong giai đoạn
tăng trưởng và phát triển, đồng thời ở lứa tuổi này trẻ hoàn toàn bị thụ động trước
các ảnh hưởng có hại của môi trường do người lớn gây ra.
- 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.
- Hydocarbure: 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.
10
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
- 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 qua trình hình thành.
- Chì: Chì có mặt trong khí xả do Thétraétyl chì Pb(C
2
H
5
)
4
được pha vào xăng
để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu. Sự pha trộn chất phụ gia này vào xăng
hiện nay vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học. Chì trong khí xả động cơ tồn
tại dưới dạng những hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua
da hoặc theo đường hô hấp. Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30% đến 40%
lượng chì này đi vào máu. Sự hiện hiện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não,
gây trở ngại cho sự tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa,
nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Chì gây nguy hiểm
đối với con người khi nồng độ của nó trong máu vượt quá 200 đến 250mg/lít.
b. Đối với môi trường
Hình 1.3 - Dị thường nhiệt độ mặt đất trung bình thời gian 1999-2008

so với nhiệt độ trung bình 1940-1980
Thay đổi nhiệt độ khí quyển: Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là
những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến
quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển. Trong số những chất khí gây hiệu ứng
nhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic CO
2
vì nó là thành phần chính trong
sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phần carbon.
Ảnh hưởng đến sinh thái: Sự gia tăng của NO
x
, đặc biệt là protoxyde nitơ
N
2
O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp Ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp
11
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời. Tia cực tím gây ung thư da và
gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây
lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống. Mặt khác, các chất khí có tính acide như
SO
2
, NO
2
, bị oxy hóa thành acide sulfuric, acide nitric hòa tan trong mưa, trong
tuyết, trong sương mù làm hủy hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa acide), gây
ăn mòn các công trình kim loại.
1.1.4. Thành phần và những tác hại của khí thải động cơ
1.1.4.1. Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ gây ra
a. Hạn chế mức ô nhiễm ngay từ nguồn
Hiện nay, có rất nhiều biện pháp công nghệ góp phần cải tiến làm giảm nồng

độ khí thải các thất ô nhiễm do động cơ gây ra. Sau đây là một số giải pháp.
Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR ((Exhaust Gas Recirculation): EGR đưa
một phần khí thải ngược trở lại để hòa với khí nạp nhằm mục đích giảm nồng độ
chất gây ô nhiễm môi trường NOx. Giảm nồng độ khí độc NOx trong khí thải là
nhiệm vụ cơ bản của bất cứ nhà sản xuất ôtô nào. Khi bộ trung hòa khí thải bằng
xúc tác chưa khai sinh, các kỹ sư thường sử dụng một kỹ thuật tuần hoàn khí thải có
tên gọi EGR. Ngày nay, EGR không còn phổ biến như bộ trung hòa khí thải bằng
xúc tác, nhưng trên các mẫu xe diesel hay xe đời cũ, nó vẫn là công nghệ có tác
dụng tốt.
Hình 1.4 - Nguyên lý hoạt động cơ EGR
Các hệ thống lọc khí thải:
Một trong những biện pháp rất hiệu quả giảm thiểu sự độc hại của khí thải
động cơ là việc chế tạo và sử dụng hệ thống phin lọc. Ví dụ như hệ thống CRT
(Continously Regenerating Trap) của hãng Volvo Trucks cho phép giảm 80-90% tỷ
lệ CO, HC, NO và các phần tử cứng trong khí thải.
- Hoàn thiện quá trình đốt nhiên liệu trong xi-lanh cũng là một biện pháp rất
hiệu quả làm giảm khí thải độc hại. Xu hướng này được Đức và Nhật đặc biệt chú
trọng. Đây là biện pháp đồng thời cắt giảm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. Hiện
12
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
nay, Bosch đã cho ra mắt loại cảm biến Lambda dùng trên động cơ diesel, sau đó
chế tạo thành công hệ thống điện tử điều khiển động cơ diesel EDS (Electronic
Diesel Control). Thiết bị này giúp cho dòng máy dầu đáp ứng được tiêu chuẩn bảo
vệ môi trường Euro 4 - chuẩn bảo vệ môi trường châu Âu áp dụng vào năm 2005.
Hãng Toyota lại hoàn thiện quá trình làm việc của động cơ diesel theo một
hướng khác. Trong thiết kế của họ, khi tải trọng của động cơ nhỏ, nhiên liệu được
phun sớm hơn, hệ thống tuần hoàn sẽ hướng phần lớn lượng khí thải quay lại xi-
lanh để được đốt cháy một lần nữa. Nhờ nhiệt độ cao ở đường xả, phin lọc hỗn hợp
- xúc tác sẽ trung hòa hết các chất CO, HC, NO và giữ lại những phần tử muội
Bảng 1.2 - Tiêu chuẩn bảo vệ môi trường Euro đối với các loại động cơ đốt trong

Tiêu chuẩn Thời hạn áp dụng Nồng độ khí thải (g/KW, độ tỏa khói m
-1
)
CO HC NO Phần tử cứng Độ tỏa khói
EURO 0 1998 12,3 2,6 15,8 - -
EURO 1
1992
(Dưới 115 mã lực) 4,5 1,1 8,0 6,12 -
(Trên 115 mã lực) 4,5 1,1 8,0 0,36 -
EURO 2
Tháng 10/1996 4,0 1,1 8,0 0,25 -
Tháng 10/1998 4,0 1,1 7,0 0,15 -
EURO 3 Tháng 10/2000 2,1 0,66 5,0 0,1/0,13 0,8
EURO 4 Tháng 10/2005 1,5 0,46 3,5 0,02 0,5
EURO 5 Tháng 10/2008 1,5 0,46 2,0 0,02 0,2
Bộ xử lí khí thải (AIS : Air Induction System): Trong khí thải của động cơ
do việc cháy không hoàn toàn làm sinh ra một số hợp chất như : CO, HC, NO
x
Đó
là các chất khí độc hại, nên hiện nay trên thế giới và ở VN, một số lọai xe hơi và xe
gắn máy đời mới được lắp đặt một bộ xử lý khí thải CATALYZER có chức năng
biến đổi khí độc hại trong khí thải thành các khí không độc, giảm tối đa việc thải
các hợp chất độc hại này ra môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng.
Bộ xử lí khí thải 3 thành phần: Đây là bộ xúc tác có cấu trúc dạng tổ ong,
với tiết diện dạng tam giác hay vuông. Xương ống được làm từ hợp kim tốt như
inox hoặc làm từ hợp kim gốm sứ.Trong bộ xúc tác sử dụng các kim loại quý như
Rodi (Rh), bạch kim (Pt), paladi (Pd) đều là những chất xúc tác rất tốt trong khả
năng kiểm soát khí xả. Rodi có khả năng khử tốt NO
x
, trong khi bạch kim và paladi

thì giúp quá trình ôxi hóa CO và HC dễ dàng hơn.
Để xử lí thật triệt để, thật sạch các chất độc, nhiệt độ chất xúc tác phải trên
400
o
C. Ở nhiệt độ đó các chất xúc tác được kích hoạt hoàn toàn, thúc đẩy quá trình
phản ứng hoá học, đưa ba loại chất thải có độc tố cao thành các chất không độc.
Các phương trình phản ứng hoá học:
NO
x
→ N
2
+ O
2
13
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
O
2
+ CO→ CO
2
O
2
+ HC → H
2
O + CO
2
Đối với động cơ diesel, các thành phần độc hại nư NO
x
, CO, HC đều thấp
hơn so với động cơ xăng nhưng vấn đề của động cơ diesel là các hạt bụi từ khí thải.
Vì vậy, cấu tạo bộ xúc tác về cơ bản là giống động cơ xăng. Tuy nhiên, cần đặt

trước bộ xúc tác trên động cơ diesel một bộ lọc để hấp thụ hạt bụi từ khí thải động
cơ. Sau đó các hạt bụi này được đốt cháy một lần nữa.
Hình 1.5 - Bộ xúc tác 3 thành phần của động cơ xăng và diesel
b. Sử dụng năng lượng thay thế
Hiện nay vấn đề các nước trên thế giới quan tâm hàng đầu là ô nhiễm không
khí và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống. Giải pháp cấp bách là phải tìm ra
nguồn nhiên liệu thay thế với giá thành rẻ hơn và sạch hơn là ưu tiên hàng đầu.
Có rất nhiều loại phương tiện giao thông cũng như các công nghệ ứng dụng
năng lượng thay thế đã và đang được phát triển rộng khắp, như việc : Hãng Tesla
Roadster đã thiết kế ra chiếc ô tô điện kiểu dáng James Bond. Năng lượng để chạy
xe lấy từ hàng ngàn pin Li-Ion. Xe có thể tăng tốc từ 0 đến 60 dặm một giờ chỉ
trong vài giây. Chiếc xe ô tô điện này không gây ô nhiễm trên đường, và tất nhiên là
sản xuất ra ít khí thải hiệu ứng nhà kính hơn bất cứ chiếc ô tô chạy bằng xăng nào.
Hay với áp lực gần đây về nhiên liệu thay thế, ngày càng nhiều phương tiện chạy
bằng năng lượng mặt trời đã, đang và sẽ xuất hiện trên thị trường. Các sản phẩm
khá đa dạng như tàu thuyền, xe hơi, xe đạp, xe golf Tuy tốc độ chưa được cao
nhưng có được cảm giác sạch sẽ, tính thẩm mỹ cao,vẻ độc đáo và tính tiết kiệm.
Ngoài ra, còn có sự phát triển của các loại ô tô năng lượng sạch sử dụng các
nhiên liệu từ thiên nhiên như : Nhiên liệu Bio Diesel, Xenluloza Ethanol, Ethanol từ
cây ngô, Dầu tảo, Dầu mía, Butanol sinh học,… đã và đang chứng tỏ những ưu
điểm về giảm phát thải khí ô nhiễm môi trường do động cơ gây ra so với các loại
nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
1.2. Cơ sở hạ tầng và tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng
1.2.1. Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ tại Đà Nẵng
14
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
Trên địa bàn thành phố Đà Nẵng hiện có đủ 4 loại đường giao thông thông
dụng là: đường bộ, đường sắt, đường biển và đường hàng không.
Trong đó, giao thông đường bộ có tổng số km đường trên địa bàn thành phố
(không kể các hẻm, kiệt và đường đất) là 382,583 km. Trong đó: quốc lộ 70,865

km; tỉnh lộ 99,716 km; đường huyện 67 km; đường nội thị 181,672 km. Chiều rộng
trung bình của mặt đường là 8m. Mật độ đường bộ phân bố không đều, ở trung tâm
là 3 km/km
2
, ngoại thành là 0,33 km/km
2
.Trong số 77 cây cầu hiện có trên địa bàn
thành phố, có 34 cầu vĩnh cửu và 43 cầu tạm.
Về vận chuyển khách du lịch: thành phố Đà Nẵng có trên 300 đầu xe đời
mới, đầy đủ tiện nghi, đạt tiêu chuẩn về thẩm mỹ cũng như về kỹ thuật, được cơ
quan quản lý du lịch và giao thông công chính kiểm tra chất lượng định kỳ trước khi
cấp phép
Về vận chuyển hành khách công cộng: do Xí nghiệp liên hiệp vận tải khách
và dịch vụ thương mại Đà Nẵng đảm nhận. Xí nghiệp có 3 bến xe tải ở số 31, 33 và
35 đường Điện Biên Phủ, quận Thanh Khê, thành phố Đà Nẵng.
Xe buýt: với số lượng 30 chiếc, hệ thống xe buýt tại Đà Nẵng hoạt động
khắp nội thành, đến vùng ngoại ô và một số địa phương ở tỉnh Quảng Nam như Hội
An, Tam Kỳ, Nam Phước, Ái Nghĩa.
Xe taxi: cả thành phố hiện có hơn 8 công ty taxi đang hoạt động 24/24 giờ.
Các xe này tương đối tốt, đầy đủ tiện nghi, giá cước dao động từ 6.000 đồng/km đến
7.000 đồng/km tuỳ theo từng hãng xe.
Xe honda ôm, xe xích lô: Tại một số khu vực khách sạn và tuyến đường có
đông khách du lịch, chính quyền địa phương lập một số tổ tự quản xe xích lô và đội
xích lô du lịch để làm nhiệm vụ điều phối, thông báo giá dịch vụ xe, giữ gìn an
ninh, trật tự.
1.2.2. Tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng
Trong thời gian gần đây, với sự phát triển của kinh tế, đời sống người dân
được cải thiện và Đà Nẵng đang là thành phố thu hút nhiều nhà đầu tư, doanh
nghiệp đến làm việc và định cư nên các loại phương tiện giao thông ở thành phố
Đà Nẵng cũng ngày càng đa dạng, phong phú và đó cũng là nguyên nhanh chính

gây ra nhiều vấn đề giao thông tại Đà Nẵng cụ thể như sau:
Ngã ba Huế, ngã tư Ông Ích Khiêm – Đống Đa, nút giao thông phía Tây cầu
Sông Hàn… thời gian qua luôn là điểm nóng về ùn tắc giao thông trong giờ cao
điểm. Ngoài ra còn có hàng chục điểm ùn tắc giao thông rải rác ở các nút giao
thông: Hùng Vương – Triệu Nữ Vương, Hùng Vương - Hoàng Hoa Thám, Điện
15
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
Biên Phủ - Hải Phòng, Nguyễn Văn Linh – Hoàng Diệu… và trước các cổng
trường, chợ.
Theo ông Nguyễn Hữu Cường – Chánh Văn phòng Ban ATGT thành phố, sở
dĩ nút giao thông đầu phía Tây cầu Sông Hàn thường xuyên bị ùn tắc do đây là
đầu mối giao thông huyết mạch, nối liền các quận trung tâm Hải Châu, Thanh Khê
và các quận Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn, nên vào các giờ cao điểm, mật độ tập trung
phương tiện giao thông quá lớn. Riêng nút giao thông Đống Đa – Ông Ích Khiêm,
tuy đã đưa vào sử dụng đường nhánh một chiều từ nút giao thông này đến đường
Hải Phòng từ tháng 9-2008, nhưng được một thời gian thì ùn tắc trở lại. Để giải
quyết tình trạng ùn tắc cục bộ tại nút giao thông này, UBND thành phố vừa có
Công văn số 6779 chỉ đạo tổ chức giao thông một chiều trên đoạn đường Đống Đa
theo hướng cấm đi từ nút giao thông Đống Đa - Quang Trung đến nút giao thông
Đống Đa -Ông Ích Khiêm.
Mới đây, nhằm giảm thiểu tình trạng ùn tắc tại nút giao thông ngã ba Huế,
UBND thành phố vừa có Công văn số 7017 đề nghị Bộ Giao thông-Vận tải đầu tư
xây dựng cầu vượt qua đường sắt tại Km793+460 (ngã ba Huế), để các phương
tiện giao thông đường bộ và đường sắt không gây trở ngại lẫn nhau Song trong
khi các cơ quan chức năng và lãnh đạo thành phố đang cố gắng giải bài toán khó
về chống ùn tắc giao thông thì số lượng xe cộ đăng ký mới ngày càng tăng.
Theo Phòng CSGT - Công an thành phố, trong tháng 10-2009 đã tiếp nhận
đăng ký mới 4.994 xe mô-tô và 368 ô-tô, nâng tổng số phương tiện giao thông
quản lý lên đến 456.990 mô-tô và 25.896 ô-tô, chưa kể hàng vạn mô-tô, ô-tô ở các
tỉnh, thành khác đến Đà Nẵng công tác, làm ăn… Đây thực sự là mối quan ngại

lớn về vấn nạn ùn tắc, nhất là đối với xe ô-tô, nếu không sớm giải quyết tốt về tổ
chức giao thông, quy hoạch, xây dựng đường sá, bãi đậu đỗ thì dễ xảy ra tình trạng
tắc đường, kẹt xe kéo dài như ở TP. Hồ Chí Minh và Hà Nội.
Một thực trạng bức xúc gần đây là việc xe ô-tô đậu đỗ vô tội vạ giữa lòng
đường; trong khi đó, các xe khách quần đảo đón khách ngoài bến vẫn ngang nhiên
tồn tại. “Ăn theo” tình trạng trên là nạn cò mồi tranh giành khách và đội quân xe
ôm hàng chục chiếc rượt đuổi theo các xe khách để kiếm khách tại ngã ba Huế,
trước cổng bến xe… làm phức tạp trật tự ATGT, dễ gây tai nạn.
Nhận xét: Dự trên những cơ sở về tình hình giao thông tại Đà Nẵng trên 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
16
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
tình trạng ách tắc giao thông và ô nhiễm môi trường tại Đà Nẵng. Ngoài ra, nó còn
làm tăng thêm sự văn minh của thành phố Đà Nẵng trong con mắt bè bạn quốc tế.
CHƯƠNG 2
CÁC NGUỒN NHIÊN LIỆU, NĂNG LƯỢNG THAY THẾ
SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
2.1. Nhiên liệu lỏng
2.1.1. Dầu thực vật (Biodiesel)
a. Đặc điểm
Dầu thực vật có nguồn gốc từ tất cả các hạt, quả của các cây cối. Nhưng từ
dầu thực vật dùng để chỉ các loại cây chứa một lượng dầu với chiết suất lớn như
dừa (60%), cọ (50%), dầu thực vật cũng có thể sản xuất từ các hạt của cây lấy dầu
như : cải dầu, đậu phộng, đậu nành, hạt hướng dương …
b. Tính chất
Tính chất lí hóa của một số dầu thực vật tham khảo:
Bảng 2.1 - Một số tính chất cơ bản của các loại dầu thực vật.

Loại dầu Khối lượng (g/cm
3
)
Độ nhớt
(cst)
Nhiệt trị
(Mj/kg)
Chỉ số êtan
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
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. Do đó, khó có thể
tích trữ loại nhiên liệu này lâu, cần phải có thêm các chất phụ gia để lưu giữ nhiên
liệu được lâu hơn và Biodiesel nguyên chất dễ bị đóng băng hay đặc lại trong
thời tiết lạnh (Ở Việt Nam dùng biodiesel có lẽ sẽ không gặp tình trạng này).
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
17
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
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.

2.1.2. Methanol.
a. Đặc điểm
Rượu có thể được sử dụng như là 1 nhiên liệu động cơ, đó là metanol hoặc cồn
từ gỗ (wood alcohol). Nhiên liệu này là chất có tính độc và tính ăn mòn cao.
Khoảng 1 nửa năng lượng của nó chứa xăng (15900 KJ cho mỗi lít [kJ/l] được
so sánh với 32300 kJ/l ). Tỷ số hỗn hợp khí thiên nhiên đối với metanolđồng đẳng
là 6,4 :1.
b. Tính chất
Metanol có tính ăn mòn cao, nó ăn mòn nhôm, hợp kim, nhựa và các vật liệu
khác, Để ngăn chặn hư hỏng, các bộ phận hệ thống nhiên liệu phải làm bằng thép
không gỉ hoặc các kim loại khác để chống sự ăn mòn này.
Metanol không dễ dàng bay hơi như xăng. Việc thêm 1 số xăng làm cho sự
bốc hơi khởi động lạnh dễ dàng hơn và cải thiện sự ấm lên của động cơ. Một hỗn
hợp tiêu biểu được gọi là M85 gồm 85% metanol và 15% xăng. Việc thêm xăng vào
cũng làm cho hỗn hợp an toàn hơn vì xăng bay hơi dễ dàng hơn. Metanol tinh khiết
đốt cháy bằng 1 ngọn lửa vô hình. Việc thêm xăng vào, làm cho ngọn lửa có màu.
Điều này quan trọng trong trường hợp hoả hoạn. Một sự bất tiện khác là metanol
hút nước. Sử dụng metanol có thể chế tạo từ than, dầu đá phiến, gỗ, phân bón, rác
và các chất hữu cơ khác. Nó được sử dụng trong nhiều năm như là nhiên liệu cho
các xe đua. Metanol là nhiên liệu lỏng có thể chứa đựng dễ dàng và sạch duy nhất
mà chúng ta biết cách chế tạo từ than.
2.1.3. Ethanol.
a. Đặc điểm
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 lượng
xăng khoảng 10 – 15% mà công suất, hiệu suất, độ mài mòn động cơ hầu như
không đổi.

Xu hướng cồn hiện nay là pha với xăng, tỷ lệ khoảng 5 – 10%, nếu có hơn
10% etanol được thêm vào xăng thì hệ thống nhiên liệu phải được điều chỉnh để
18
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
cung ncấp nhiên liệu giàu hơn. Đồng đẳng của etanol yêu cầu tỷ lệ khí hỗn hợp là
9:1, trong khí đó tỷ lệ khí lý tưởng cho xăng là 14,7:1.
Khi sử dụng Methanol sẽ mang lại nhều ưu điểm về nức độ gây ô nhiễm của
cồn thấp, đặc biệt là hàm lượng muội than, SO
x
giảm đáng kể so với nhiên liệu dầu
mỏ do cồn chứa ít lưu huỳnh, nó đồng chất hơn xăng, quá trình cháy ít mãnh liệt
hơn và ít bay hơi hơn xăng. Ngoài ra cồn còn được pha với xăng nồng độ 5% tạo
hỗn hợp xăng pha cồn có nhiều ưu điểm: tiêu thụ nhiên liệu giảm: cụ thể với
xăng pha 5% cồn, tiết kiệm được khoảng 5% nhiên liệu, công suất động cơ có cải
thiện, nhìn chung lượng khí thải độc giảm nhiều và khả năng tăng tốc xe tốt hơn.
Nhưng nó vẫn có nhiều nhược điểm do cồn có chứa lượng tạp chất nhất định,
trong đó có axit axetic, andehic… Axit axetic trong cồn làm ăn mòn da, đặc biệt là
ăn mòn kim loại màu rất mạnh. Và so với xăng thì sử dụng nhiên liệu cồn tiêu tốn
hơn nhiều, 1,5 lít cồn tương đương với 1 lít xăng. Dẫn đến giá thành sử dụng hiện
nay của cồn cao hơn xăng và diesel, đồng thời xe khó khởi động khi trời lạnh do
nhiệt hóa hơi của cồn cao.
2.2. Nhiên liệu khí.
2.2.1. Khí hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas)
a. Đặc điểm
Là nhiên liệu được tổng hợp từ sự tinh luyện dầu mỏ hoặc khí thiên nhiên.
Việc nghiên cứu sử dụng chúng cho động cơ đốt trong trên phương tiện giao thông
vận tải đã bắt đầu trong những năm gần đây . Tuy việc áp dụng nhiên liệu này trên
ôtô cần những thiết bị cồng kềnh hơn nhiên liệu truyền thống nhưng nó cho phép
giảm mức độ phát ô nhiễm
b. Tính chất

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. Tuy nhiên nó vào khoảng 250:1. Áp suất
bay hơi ở nhiệt độ 30
o
C của propan thương mại là từ 1 đến 1,2 MPa, của butan
thương mại là 0,2 đến 0,4 Mpa. Áp suất bay hơi của butan thương mại quá thấp nên
người ta phải dùng đến bộ hóa hơi và bơm để làm tăng khả năng bay hơi của nó.
Hiện thời, 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.
2.2.2. Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas).
19
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
a. Đặc điểm
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…
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).
CNG có thể sử dụng trên động cơ đốt trong (ĐCĐT) thay cho nhiên liệu xăng
và diesel, có thể sử dụng độc lập hay hỗn hợp đa nhiên liệu trên ĐCĐT. Trong thực
tế, các động cơ đốt trong hiện nay đều được thiết kế sử dụng nhiên liệu xăng hay

diesel, do đó việc sử dụng nhiên liệu CNG cho ĐCĐT thì không phù hợp.
b. Đặc điểm chuyển đổi động cơ dùng CNG
Động cơ diesel chuyển sang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu khí thiên nhiên
và diesel: đốt cháy hỗn hợp bằng sự tự cháy của lượng nhiên liệu diesel phun mồi
(từ 5% đến 25% lượng nhiên liệu định mức).
CNG có nhiệt trị cao (50,5 MJ/kg), áp suất nén cao (200kG/cm
2
) nên bình
chứa gọn, quãng đường chạy một lần nạp nhiên liệu lớn. Tỷ trọng của CH
4
nhỏ
bằng ½ không khí. Do đó, khi bị xì hơi CH
4
, không đọng lại trên mặt đất mà sẽ
bay trong không khí.
2.3. Các loại nhiên liệu khác
2.3.1. Ôtô 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 ôtô điện tại Mỹ, Châu Âu và Nhật.
20
Nhật
Mỹ
Châu Âu

Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
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.
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.
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 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.
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
21

Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
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.
Với trình độ khoa học kỹ thuật của nước ta hiện nay, khả năng ứng dụng nhiên
liệu khí hydro trong giao thông là rất khó.
2.3.4. Hybrid
Những chiếc xe petrol-electric 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.
2.4. Tiềm năng năng lượng mặt trời và xu hướng khai thác sử dụng
nhiên liệu LPG dùng cho động cơ hiện nay và trong tương lai.
2.4.1. Tiềm năng năng lượng mặt trời
a. Sự phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Việt Nam có tiềm năng lớn về nguồn năng lượng tái tạo song cho tới nay
nguồn này chỉ chiếm 1% tổng công suất điện cả nước ( chừng 12.000MW). Phát
triển mạnh năng lượng tái tạo sẽ góp phần đa dạng hoá nguồn điện, đảm bảo an
ninh năng lượng trong tương lai, nhận định của PGS.TS Nguyễn Tiến Nguyên,
chuyên viên cao cấp Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng và Môi trường
Về năng lượng điện mặt trời, Việt Nam đã phát triển nguồn năng lượng này
từ những năm 1960 song cho tới nay vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Theo đánh
giá của các chuyên gia thì hiệu quả nhất của năng lượng mặt trời là đun nước nóng.
22
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
Bức xạ nắng mặt trời sau khi đi qua tấm kính có thể đun nóng nước tới 80
0
C và
nước được nối qua bình nóng lạnh để tắm rửa hoặc đun nấu. Pin mặt trời hiện chỉ
được dùng ở vùng sâu vùng xa, phục vụ sinh hoạt, thông tin và liên lạc tàu bè.
Việt Nam hiện có trên 100 trạm quan trắc toàn quốc để theo dõi dữ liệu về
năng lượng mặt trời. Trung bình toàn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời là 4-
5kWh/m
2
mỗi ngày. Tiềm năng điện mặt trời là tốt nhất ở các vùng từ Thừa Thiên
Huế trở vào miền Nam và vùng Tây Bắc. Vùng Đông Bắc trong đó có Đồng bằng
sông Hồng có tiềm năng kém nhất.
b. Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam
Phần lớn các số liệu về bức xạ mặt Trời được đo ở trên mặt nằm ngang ở
các trạm Khí tượng thủy văn. Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không

gian bên ngoài mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm
trong dải 10
-1
– 10 µm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung
trong khoảng bước sóng 0,38 – 0,78 µm đó là vùng nhìn thấy của phổ.
Hình 2.2 - Dải bước sóng điện từ
Hình 2.3 - Thành phần tổng xạ và nhiễu xạ trong 1 ngày trong sáng.
Qua hình vẽ này ta thấy rằng, sự biến đổi của bức xạ mặt Trời là khá trơn
23
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
tru và có một cực đại lân cận giữa trưa. Đối với các ngày mây mù các đường
cong trên sẽ biến đổi phức tạp với rất nhiều cực đại và cực tiểu phụ.
Có hai đại lượng chính để đánh giá bức xạ mặt Trời ở một địa phương nào
đó, đó là mật độ năng lượng mặt Trời trung bình ngày và số giờ nắng trung bình
tháng trong năm và cả năm.
Bảng 2.2 - Lượng tổng bức xạ mặt Trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở
một số địa phương Việt Nam, (đơn vị MJ/m
2
.ngày)
TT Địa phương
Tổng bức xạ mặt Trời các tháng trong năm (MJ/m
2
.ngày)
1
2
3
4
5
6
7 8 9 10 11 12

1 Cao Bằng
8,21
8,72
10,43
12,70
16,81
17,56
18,81
19,11
17,60
13,57
11,27
9,37
2 Móng Cái 18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37
17,56 18,23 16,10 15,75 12,91 10,35
3 Sơn La
11,23
12,65
14,45
16,84
17,89
17,47
11,23 12,65 14,45 16,84 17,89 17,47
4 Phú Hộ 8,04 8,09 8,96 12,15 17,73 18,23
18,39 17,89 16,22 14,41 11,65 10,01
5 Láng (Hà
Nội)
8,76 8,63 9,09 12,44 18,94 19,11
20,11 18,23 17,22 15,04 12,40 10,66
6 Yên Định 9,72 9,55 10,18 13,53 20,66 20,32

20,87 18,96 18,44 15,71 12,19 11,35
7 Vinh 8,88 8,13 9,34 14,50 20,03 19,78
21,79 16,39 15,92 13,16 10,22 9,01
8 Đà Nẵng 12,44 14,87 18,02 20,28 22,17 21,04
22,84 20,78 17,93 14,29 10,43 8,47
9 Cần Thơ 17,51 20,07 20,95 20,88 16,72 15,00
16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38
10 Đà Lạt 16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38
18,94 16,51 15,00 14,87 15,75 10,07
Hình 2.4 - Lượng tổng bức xạ mặt Trời trung bình ngày
24
Thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – Động cơ nhiệt
của các tháng trong năm tại Đà Nẵng (đơn vị MJ/m
2
.ngày)
Nhận xét: Số liệu về lượng tổng bức xạ mặt trời trên cho thấy, Đà Nẵng là
một trong những thành phố có lượng bức xạ mặt trời cao nhất nước, đặt biệt là vào
các tháng 6, 7, 8 thuộc vào kì hè, có lượng nắng cao. Do đó, đây là cơ sở khoa học
chứng tỏ Đà Nẵng có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời và sự
phát triển ô tô năng lượng mặt trời tại Đà Nẵng là điều rất cần thiết, một mặt làm
giảm khí thải ô nhiễm, bảo vệ môi trường, mặt khác tại ra một Đà Nẵng văn minh,
hiện đại và thu hút khách du lịch trong tương lai.
Thực tế cho thấy tại Đà Nẵng hiện nay đang có áp dụng năng lượng mặt trời
cho các trụ đèn báo giao thông, và con số này sẽ ngày càng tăng trong thời gian tới.
• Hằng số và năng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam
Hằng số mặt Trời I
SC
được định nghĩa là cường độ bức xạ đo được trong
không gian nằm ngoài lớp khí quyển bao quanh trái Đất, trong một đơn vị thời
gian, trên một đơn vị diện tích bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ. Người ta đã

xác định được hằng số mặt Trời có giá trị bằng I
SC
=1.353W/m
2
, tương đương
1940 Cal/cm
2
/phút, hay 4.871 kJ/m
2
/h (số liệu này do cơ quan vũ trụ NASA của
Mỹ công bố năm 1971). Tuy nhiên, khi đến mặt đất cường độ bức xạ giảm đi đáng
kể do nó hấp thụ và tán xạ bởi các phân tử khí :
CO
2
, O
3
, CH
4
, H
2
O, cũng như các
hạt bụi lơ lửng trong không khí…
Theo kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước mang mã số 52C-01-
01a đã tiến hành xử lý số liệu quan trắc của 112 trạm Khí tượng thủy văn trên toàn
quốc về bức xạ mặt Trời và thời gian nắng, thu thập liên tục với thời gian 18 ÷19
năm, mỗi ngày tiến hành 5 lần quang trắc vào các giờ 6h30;9h30;12h30;15h30; và
18h30.
Giá trị cường độ tổng xạ trung bình ngày được tính theo công thức:
lan
kk

n
i
i
i
moc
i
d
QQ
Q
QQ
Q
ττ
2
)
22
(
2
2
++++=
∑
=
(kWh/m
2
/ngày)
Trong đó:
d
Q

- lượng tổng xạ cả ngày trung bình.
i

Q
- cường độ tổng xạ trung bình ở kỳ quan trắc cuối có giá trị Q > 0.
k
Q
- cường độ tổng xạ trung bình ở kỳ quan trắc cuối có giá trị Q > 0.
τ
moc

- khoảng thời gian giữa lúc mặt trời mọc và kỳ quan trắc đầu có Q > 0.
τ
lan

- khoảng thời gian giữa lúc mặt trời lặn và kỳ quan trắc cuối có Q > 0.
25