Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xây dựng mô hình tính toán động lực học Xehybrid có cấu hình truyền động song song

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:92

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "Xây dựng mô hình tính toán động lực học Xehybrid có cấu hình truyền động song song" là nghiên cứu đặc điểm hệ truyền động và các chế độ sử dụng nguồn năng lượng của xe hybird; cấu hình truyền động song song của xe hybrid; xây dựng mô hình tính toán động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động song song. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xây dựng mô hình tính toán động lực học Xehybrid có cấu hình truyền động song song

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------------------------------------------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH:CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC XE HYBRID CÓ CẤU HÌNH TRUYỀN ĐỘNG SONG SONG ĐỖ TIẾN QUYẾT NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS-TS Phạm Hữu Nam HÀ NỘI - 4/2014
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do chính tôi nghiên cứu và thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phạm Hữu Nam. Thông tin và số liệu tham khảo sử dụng trong luận văn được trích dẫn đầy đủ nguồn tài liệu tại danh mục tài liệu tham khảo là trung thực. Nội dung của luận văn hoàn toàn phù hợp với tên đề tài đã được đăng ký và phê duyệt của hiệu trưởng trường Đại học Bách khoa Hà nội. Tác giả luận văn 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên Ký hiệu Công suất động cơ đốt trong Ne Momen động cơ đốt trong Me Số vòng quay của trục khuỷu ne Lực kéo do động cơ đốt trong Pk Nhân tố động lực học của động cơ đốt trong D Vận tốc của xe v Gia tốc của xe khi dùng động cơ đốt trong j Thời gian tăng tốc của xe khi dùng động cơ đốt trong t Quãng đường tăng tốc của xe khi dùng động cơ đốt trong S Công suất mô tơ điện Nmotor Momen của mô tơ điện Mmotor Lực kéo do mô tơ điện Pm Nhân tố động lực học của mô tơ điện Dm Gia tốc của xe khi dùng mô tơ điện jm Thời gian tăng tốc của xe khi dùng mô tơ điện tm Quãng đường tăng tốc của xe khi dùng mô tơ điện Sm Nhân tố động lực học của chế dộ hybrid Dh Gia tốc của xe khi ở chế độ hybrid jh Thời gian tăng tốc của xe ở chế độ hybrid th Quãng đường tăng tốc của xe ở chế độ hybrid Sh Khối lượng xe m Gia tốc trọng trường g Hệ số cản không khí k Diện tích cản chính diện F Hệ số cản lăn f Bán kính bánh xe rbx Hiệu suất hệ thống truyền lực ηt Tỷ số truyền lực chính i0 Tỷ số truyền tại số i ihi 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Xe hybrid Hình 1.1 Lượng tiêu thụ nhiên liệu trong các năm Hình 1.3. Lượng tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới Bảng 1.4. Thống kê nguồn năng lượng năm 2000 Bảng 1.5. Tiêu chuẩn Mỹ đối với ô tô du lịch (tính theo g/dặm quy trình FTP75) Bảng 1.6. Tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu đối với ô tô tải hạng nhẹ Bảng 1.7 Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng Hình 1.8 Đặc tính của động cơ đốt trong Hình 1.9:Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hybrid Hình 1.10. Hệ thống hybrid nối tiếp Hình 1.11. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp Hình 1.12. Hệ thống hybrid song song Hình 1.13. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song Hình 1.14. Hệ thống hybrid hỗn hợp Hình 1.15. Phân loại xe hybrid Hình 2.1. Sơ đồ chung của truyền lực hybrid Hình 2.2. Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng Hình 2.3. Đường đặc tính cục bộ động cơ xăng Hình 2.4. Đặc tính tiêu hao nhiên liệu động cơ xăng Hình 2.5 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào công suất sử dụng Hình 2.6: Đường đặc tính của ba loại động cơ điện. Hình2.7:Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều. Hình2.8:Đường đặc tính của các loại động cơ điện 1 chiều Hình 2.9:Sơ đồ mạch tương ứng của động cơ điện kích từ nối tiếp Hình 2.10. Bánh răng hành tinh 3
Hình 2.11. Đặc tính công suất của ắc quy Hình 2.12. Đặc tính ắc quy với điện áp trung bình là 12 và 36V Bảng 2.13. Đặc điểm các loại ắc quy Hình 2.14. Mô hình ắc quy trên xe hybrid Hình 2.15. Mô hình tính ắc quy Hình 2.16 Bộ kết nối momen Hình2.17:Một số thiết bị kết nối mômen Hình 2.18:Cấu hình 2 trục Hình 2.19:Cấu hình 1 trục Hình 2.20: Kết nối tốc độ Hình 2.21:Hệ bánh răng hành tinh Willson Hình 2.21:Transmoto Hình 2.22:Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh răng hành tinh Hình 2.23:Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu transmoto Hình 2.24 : Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ mômen và tốc độ với hệ bánh răng hành tinh Hình 2.25 Sơ đồ hệ thống hybrid song song kết nối momen Hình 2.26. Chương trình điều khiển tống thể của hệ thống truyền lực hybrid song song kết nối cơ khí Hình 2.27 Biểu diễn các chế độ làm việc trên cơ sở công suất yêu cầu Hình 2.28 Biểu đồ chiến lược điều khiển Max.SOC-of-PPS 4
Hình 2.29 Minh họa chiến lược tắt mở động cơ Hình 3.2 Đặc tính công suất động cơ đốt trong Hình 3.3. Đồ thị công suất động cơ đốt trong Hình 3.4. Đồ thị momen động cơ đốt trong Hình 3.5. Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid cấu hình song song sử dụng bộ kết nối momen Hình 3.6. Đồ thị lực kéo tại bánh xe chủ động theo các tay số truyền Hình 3.7 Đồ thị nhân tố động lực học của động cơ đốt trong Hình 3.8 Đồ thị 1/j của động cơ đốt trong Đồ thị 3.9 Thời gian tăng tốc của xe Hình 3.10. Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe Hình 3.11. Đồ thị công suất của mô tơ điện Hình 3.12. Đồ thị momen của mô tơ điện Hình 3.13. Đồ thị lực kéo của mô tơ điện Hình 3.14 Đồ thị nhân tố động lực học của mô tơ điện Hình 3.15 Đồ thị 1/j của mô tơ điện Đồ thị 3.16 Thời gian tăng tốc của xe Hình 3.17. Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe Hình 3.18 Đồ thị lực kéo ở chế độ hybrid Hình 3.19 Đồ thị nhân tố động lực học của chế độ hybrid Hình 3.20 Đồ thị 1/j của chế độ hybrid Hình 3.21 Thời gian tăng tốc của xe 5
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................................................................8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID ..................................................................................... 10 1.1 Khái niệm về xe hybrid ............................................................................................................... 10 1.2 Tiền đề về sự phát triển của xe hybrid ......................................................................................... 11 1.3. Ý nghĩa của xe hybrid ................................................................................................................. 12 1.3.1 Tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt ...................................................... 12 1.3.2 Giảm lượng khí xả ô nhiễm môi trường ................................................................................ 16 1.4 Đặc điểm của xe Hybrid HEV ..................................................................................................... 20 1.5 Phân loại HEV ............................................................................................................................. 22 1.5.1 Cấu hình nối tiếp .................................................................................................................. 22 1.5.2 Cấu hình song song ............................................................................................................... 24 1.5.3 Cấu hình hỗn hợp ................................................................................................................. 25 1.6 Mức độ Hybrid ............................................................................................................................. 26 1.7.Đặt vấn đề nghiên cứu.................................................................................................................. 27 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID SONG SONG ..................... 30 2.1 Sơ đồ truyền lực hybrid song song............................................................................................... 30 2.2.Các chê độ hoạt động của xe hybrid song song ........................................................................... 31 2.3Các cụm chi tiết chính trên cấu hình hybrid song song ................................................................ 31 2.3.1Động cơ nhiệt: ........................................................................................................................ 31 2.3.2 Mô tơ điện ............................................................................................................................. 35 2.3.3Hệ thống truyền lực ................................................................................................................ 38 2.3.4 Ắc quy ................................................................................................................................... 39 2.3.5 Bộ kết nối .............................................................................................................................. 44 2.4 Chiến lược điều khiển của hệ thống truyền lực hybrid ................................................................ 53 2.4.1 Mục tiêu của chiến lược điều khiển ...................................................................................... 53 2.4.2 Chiến lược điều khiển ........................................................................................................... 54 2.4.3 Chiến lược điều khiển nạp điện ắc quy cực đại..................................................................... 56 2.4.4 Chiến lược điều khiển động cơ On-Off ................................................................................. 60 6
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG, ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE HBYRID CẤU HÌNH SONG SONG .............................................................................................................................. 62 3.1Mục tiêu xây dựng, đánh giá tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song .............. 62 3.2. Phương pháp xây dựng, đánh giá tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song ..... 62 3.3 Nội dung xây dựng tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song........................... 62 3.3.1 Xây dựng tính chất động lực học của động cơ đốt trong ...................................................... 62 3.3.2 Xây dựng nhân tố động lực học cho mô tơ điện ................................................................... 70 3.3.3. Xây dựng tính chất động lực học của xe ở chế độ hybrid .................................................... 76 KẾT LUẬN ............................................................................................................................................ 82 PHỤ LỤC............................................................................................................................................... 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................... 91 7
LỜI NÓI ĐẦU Nước ta đang từng bước công nghiệp hóa và hiện đại hóa, cùng với quá trình đó thì ngành công nghiệp ô tô đóng vai trò to lớn trong công cuộc xây dựng đất nước. Ô tô dần trở thành phương tiện được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên nguồn năng lượng dầu mỏ đang dần cạn kiệt đã trở thành mối lo ngại lớn cho tương lai của ngành công nghiệp ô tô. Khi có một nguồn nhiên liệu mới thay thế hoàn toàn cho nhiên liệu dầu mỏ thì việc nâng cao tính tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô là vô cùng cấp thiết. Một trong những giải pháp để nâng cao tính tiết kiệm nhiên liệu trên ô tô là sử dựng ô tô hybrid. Với mong muốn giúp cho những kỹ thuật viên, những người lái xe hiểu biết về xe hybrid PHEV, cũng như có thêm nguồn tài liệu tham khảo về xe PHEV. Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết thông qua việc xây dựng mô hình tính toán động lực học của xe hybrid có cấu hình song song. Đề tài “Xây dựng mô hình tính toán động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động song song’’ được thực hiện với các mục tiêu sau : -Đặc điểm hệ truyền động và các chế độ sử dụng nguồn năng lượng của xe hybird -Cấu hình truyền động song song của xe hybrid; -Xây dựng mô hình tính toán động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động song song. Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Viện cơ khí động lực trường Đại học Bách khoa Hà nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Phạm Hữu Nam. Tác giả xin chần thành cám ơn sự hướng dẫn tận tụy của PGS.TS. Phạm Hữu Nam và các thầy trong Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng. Do thời gian, trình độ còn những hạn 8
chế nhất định nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong được sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp theo. Tác giả xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 1.1 Khái niệm về xe hybrid Xe hybrid là loại xe sử dụng hai nguồn động lực: Động cơ đốt trong và động cơ điện. Sự hoạt động của xe này là sự kết hợp hoạt động giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sao cho tối ưu nhất. Một bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và khi nào cả hai cùng hoạt động. Hình 1.1 Xe hybrid Chế độ làm việc của ô tô trong điều kiện thực tế phụ thuộc vào rất nhiều thông số như: tải trọng, tốc độ, hệ số bám, độ nghiêng bề mặt đường,…. Do đó trong từng điều kiện cụ thể công suất cần thiết của nguồn động lực trên xe là khác nhau. Ở ô tô chỉ sử dụng một động cơ đốt trong hay động cơ điện trong nhiều điều kiện thì công suất phát ra và công suất cần thiết có sự khác biệt. Điều này gây ra sự lãng phí công suất không cần thiết. Xe hybrid sử dụng hai nguồn động lực là động cơ đốt trong và động cơ điện với mục tiêu là tận dụng những ưu điểm của từng loại động cơ để đưa ra được công suất tối ưu phù hợp nhất với từng điều kiện làm việc của xe khi sử dụng và tái tạo 10
năng lượng hữu ích trong quá trình phanh. Do đó xe hybrid so với xe truyền thống chỉ sử dụng động cơ đốt trong và động cơ điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao. 1.2 Tiền đề về sự phát triển của xe hybrid Những chiếc xe hybrid đầu tiên được triển lãm ở Paris Salon năm 1899. Nó được chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly của Pháp. Xe Pieper là một kiểu xe lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát bằng gió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì. Ắc quy sẽ được nạp khi xe đang chạy đều trên đường cao tốc hoặc khi xe hoạt động tại chỗ. Khi công suất dẫn động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, motor điện sẽ cung cấp thêm công suất cho động cơ. Nó là một trong hai chiếc xe hybrid đầu tiên và là chiếc xe lai song song đầu tiên và không nghi ngờ rằng nó cũng là chiếc xe khởi động điện đầu tiên. Khái niệm xe lai điện thật sự trở nên hấp dẫn vào thập niên 90 khi một điều trở nên chắc chắn rằng xe điện không bao giờ đạt đến mục tiêu tiết kiệm năng lượng. Tập đoàn Ford Motor khởi động chương trình “Thách thức xe lai điện Ford” thu hút những nỗ lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe lai cho sản xuất ô tô. Các nhà sản xuất xe hơi trên thế giới đã xây dựng nhiều mẫu động cơ lai đạt đến tính tiết kiệm nhiên liệu thật tuyệt vời so với các phiên bản động cơ đốt trong trước đây. Tại Mỹ, Dodge đã xây dựng mẫu xe Intrepid ESX 1, 2, và 3. ESX1 là xe lai điện bố trí nối tiếp, công suất được cung cấp bởi động cơ diesel tăng áp nhỏ 3 xylanh và bộ nguồn ắc quy, 2 động cơ điện công suất 100 hp được đặt ở hai bánh sau.Nỗ lực của người châu Âu được thể hiện qua chiếc French Renault Next, là chiếc xe lai điện cỡ nhỏ sử dụng động cơ đốt cháy cưỡng bức 750 cc và 2 motor điện. Nó có thể đạt tốc độ tối đa là 29.4 km/l (70 mpg) và đặc tính tăng tốc tương đương với kiểu xe truyền thống. Volkswagen cũng cho ra mẫu Chico, về cơ bản nó là một chiếc xe điện, với bộ 11
ắc qui nickel–metal hydride và một động cơ kích từ ba pha. Một động cơ xăng nhỏ hai xy lanh dùng để nạp lại cho ắc quy và cung cấp thêm công suất khi hoạt động tốc độ cao.Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo ra bởi các nhà sản xuất người Nhật. Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius ở Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid. Những chiếc xe trên hiện đang lưu thông trên toàn thế giới. Chúng có thể đạt đến tính năng tiêu thụ nhiên liệu tuyệt hảo Toyota Prius và các dòng xe Honda có một giá trị lịch sử vì chúng là những chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp ứng vấn đề tiêu thụ nhiên liệu trên xe. 1.3. Ý nghĩa của xe hybrid 1.3.1 Tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt Hầu hết nhiên liệu sử dụng cho phương tiện giao thông là nhiên liệu lỏng được chiết suất từ dầu mỏ là nhiên liệu hóa thạch được hình thành sau 400- 600 triệu năm. Chính vì vậy dầu mỏ là nguồn nhiên liệu có hạn. Mặt khác lượng tiêu thụ nhiên liệu của thế giới tăng lên nhanh chóng hàng năm theo đà tăng trưởng kinh tế Hình 1.2. Lượng tiêu thụ nhiên liệu trong các năm 12
Hình 1.3. Lượng tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới Theo biểu đồ 1.2 và 1.3 ta có thấy sự tăng lên nhanh chóng lượng sử dụng của thế giới theo xu hướng phát triển ngày càng cao. Và cũng theo hình 1.3 ta còn thấy lượng nhiên liệu dầu mỏ được sử dụng chủ yếu vào lĩnh vực giao thông vận tải. Bảng 1.4. Thống kê nguồn năng lượng năm 2000 Mặt khác theo bảng 1.3 ta có thể thấy được lượng dầu mỏ còn lại chưa được phát hiện và chưa được khai thác trên thế giới. Như vậy nguồn năng lượng hóa thạch chỉ đủ duy chì đến năm 2038 như hình 1.4 . Bởi vậy mà trong gia đoạn hiện nay yêu cầu cấp thiết của ngành giao thông vận tải là tìm các giải pháp để giải quyết vấn đề năng lượng trong tương lai. 13
Tìm và phát triển nguồn năng lượng mới : Phát triển các nguồn năng lượng sạch có sẵn trong tự nhiên như : năng lượng gió, năng lượng điện mặt trời.... Ưu điểm của những nguôn năng lượng này là năng lượng hoàn toàn sạch với môi trường, có khả cung cấp trong thời gian dài. Nhược điểm giá thành khai thác lớn, khó có thể khai thác với công suất lớn . Phát triên các nguôn năng lượng kết hợp với nguồn năng lượng dầu mỏ để giảm bớt sự phụ thuộc và năng lượng dầu mỏ như Ethanol. Đây là loại xăng pha cồn sinh học, sẽ làm giảm bớt khí thải C02 ra không khí, là một loại nhiên liệu thân thiện hơn với môi trường, đông thời người tiêu dùng sẽ tiết kiệm chi phí so với giá xăng thông thường (A92). Phát triên các nguôn năng lượng thay thế hoàn toàn không phụ thuộc vào năng lượng dâu mỏ cũng đang rât phổ biến. Một số loại đã được áp dụng trong thực tế. Các phát triển về năng lượng thay thế trong giai đoạn hiện nay là: Biodiesel: Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất tò dầu mỏ mà tò dầu thực vật hay mỡ động vật. Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng sạch. Mặt khác chúng không độc và dễ phân giải trong tự nhiên. Biogas: là 1 loại khí sinh học, được sản xuất từ việc lên men yếm khí các loại phân hữu cơ hay xác động, thực vật. Khí hoá lỏng LPG, Khí thiên nhiên nén CNG: Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là Propan (C3H8) và Butan (C4H10), thành phần hóa học của CNG chủ yếu là Metan (CH4) và các Hydrocacbon khác như là Etan, Propan . . . Hydro: Là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên nhiên. Đặc điểm quan trọng của hydro là sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H20), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng. 14
Như vậy các nguồn năng lượng mới đang phát triển đều có ưu điểm chung là nhiên liệu sạch thải ra ít chât độc hại hơn năng lượng dầu mỏ. Nhưng các nguồn năng lượng này chưa thê thay thê được nhiên liệu dầu mỏ vì vẫn còn nhiều các tồn tại cần giải quyết: chưa thê sản xuât trên quy mô lớn như biogas, ảnh hưởng an ninh lương thực như biodiezel, ethanol, đang còn tôn tại trong vấn đề công nghệ và giá thành như Hydro khí hóa lỏng LPG. Sự phát triên của các phương tiện hiện tại: Hiện nay đi đôi với việc phát triển các phương tiện mới ưu việt hơn, tối ưu các phương tiện hiện tại cũng là một giải pháp vô cùng hữu hiệu: Hoàn thiện động cơ diezel; Các kỹ thuật mới để nâng cao tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thông phun commonrail điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả băng hoặc nâng cao chât lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp. Ô tô chạy băng các loại nhiên liệu lỏng thay thế: Các loại nhiên liệu lỏng thay thế 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 CO2. Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệu còn cao ảnh hưởng an ninh lương thực. Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên: có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe ô tô đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng. Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô tô. Ô tô chạy bằng điện: ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môi trường không khí trong thành phố. Tuy nhiên ô tô điện vẫn còn 15
nhiều vấn đề cần giải quyết khi lượng điện dự trữ trong ắc quy chưa được cao. Sự phát triển xe chạy băng pin nhiêu liệu: công nghệ pin nhiên liệu có thể được phát hiện vào năm 1839 bởi ông William Grove, và trong quá trình phát triển dài đến ngày nay. o 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 hybrid sử dụng động cơ điện và động cơ đốt trong tỏ ra có nhiều ưu thế nhất. Ô tô lai dạng này sử dụng động cơ điện một chiều chạy bằng ắc quy được nạp điện bằng điện lưới khi ô tô dừng và nạp điện bổ sung từ cụm động cơ đốt trong -mát phát điện mọt chieu bo trí trên xe. Động cơ đôt trong chỉ làm việc ở chế độ ổn định nên hiệu suất đạt được là tối ưu. Động cơ nhiệt ở đây có thể là động cơ Diesel hay động cơ nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí dâu mỏ hoá lỏng LPG)... Chính vì vậy ô tô lai điện- động cơ đôt trong ngoài ưu điêm có mức độ phát ô nhiễm thấp còn có hiệu suất sử dụng năng lượng rất cao. Do đó xe hybrid chính là xu hướng phát triển chính của xe hơi hiện đại ngày nay. 1.3.2 Giảm lượng khí xả ô nhiễm môi trường Ngày nay vấn đề ô nhiễm môi trường cùng với sự nóng lên của Trái đất đã trở thành vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống của mỗi chúng ta. Một trong các nguyên nhân của ô nhiễm môi trường cũng như sự nóng lên của Trái đất là lượng khí xả ô nhiễm từ các động cơ đốt trong trên các phương tiện giao thông vận tải. Cùng với xu hướng sử dụng xe hơi không ngừng tăng lên như hiện nay sẽ là vấn nạn ô nhiễm môi trường trầm trọng nếu chúng ta không có biện pháp xử lý kịp thời. Chính vì vậy ngày nay tại các quốc gia có nền sản xuất xe hơi phát triển cũng như tại Việt nam, tiêu chuẩn khí xả của xe hơi đã không ngừng được nâng cao nhằm hạn chế tới mức tối đa lượng khí xả độc hại mà động cơ đốt trong thải vào môi trường. Dưới đây là bảng tham khảo một sô tiêu chuẩn khí xả của Mỹ, Tây Âu, Nhật Bản và Việt Nam Bảng 1.5 giới thiệu sự thay đổi về giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong khí 16
xả ô tô ở Mỹ theo thời gian đối với ô tô du lịch. Giới hạn này được áp dụng ở hầu hết các bang trừ California và NewYork (những bang có yêu cầu khắc khe hơn) và đo theo quy trình FTP75. Các bang này cho thấy mức độ khắc khe của tiêu chuẩn tăng dần theo thời gian: nồng độ cho phép của CO từ 84g/dặm năm 1960 giảm xuống còn 3,4g/dặm hiện nay (giảm khoảng 25 lần); nồng độ HC cũng trong thời gian đó giảm từ 10,6g/dặm xuống còn 0,25g/dặm (giảm khoảng 40 lần); mức độ giảm NOx có thấp hơn, từ 4,1 xuống 0,4 (giảm khoảng 10 lần). Bảng 1.5. Tiêu chuẩn Mỹ đối với ô tô du lịch (tính theo g/dặm quy trình FTP75) Với châu Âu Mức độ phát sinh ô nhiễm cho phép đối với ô tô du lịch v à ô tô tải hạng nhẹ theo quy trình thử ECE áp dụng ở cộng đồng Châu Âu cho ở bảng 1.6. 17
Bảng 1.6. Tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu đối với ô tô tải hạng nhẹ Với Nhật Bản Đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng.Tiêu chuẩn Nhật Bản theo chu trình thử 10 chế độ và 11 chế độ ứng với các loại ô tô khác nhau trình bày trên các bảng 4,5,6 Bảng 1.7 Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng 18
Để đảm bảo các tiêu chuẩn ngày càng khắt khe về phát thải như trên đòi hỏi mỗi chiếc ô tô hiện đại ngày nay không ngừng hoàn thiện. Đã có nhiều biện pháp về mặt kết cấu được đưa ra như: hoàn thiện buồng đốt, hoàn thiện hệ thống nạp, xả, hoàn thiện hệ thống đánh lửa, …Tuy nhiên nếu vẫn chỉ sử dụng động cơ đốt trong là nguồn động lực duy nhất thì trong quá trình làm việc chiếc xe không thể tự khắc phục được nhược điểm cố hữu của loại động cơ này là: đặc tính của động cơ đốt trong không phù hợp với đặc tính tối ưu với nguồn động lực trên ô tô. Dựa vào đặc tính làm việc của động cơ trên hình vẽ, ta thấy động cơ đốt trong sẽ làm việc hiệu quả, với lượng khí xả ít nhất nằm trong đường hoạt động tối ưu. Tuy nhiên trong thực tế trong quá trình sử dụng thì động cơ đốt trong phải làm việc với nhất nhiều chế độ làm việc khác nhau như: khởi động, tải nhẹ, tải trung bình, tăng tốc, tải nặng…Những đặc điểm làm việc này của động cơ hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện sử dụng khách quan như: tốc độ xe, độ dốc của đương, tải trọng của xe…Vì vậy những đặc điểm này nó sẽ làm động cơ đốt trong làm việc ở mọi phần trên đường đặc tính chứ không phải chỉ làm việc trong vùng đường hoạt động tối ưu Hình 1.8 Đặc tính của động cơ đốt trong 19