Đề tài thiết kế chế tạo mô hình xe gắn máy sinh thái chạy bằng điện và nhiên liệu khí

Vấn đề về môi trường

V ấn đề môi trườ ng toàn c ầ u

Trong những năm gần đây, Trái đất đang trải qua những biến đổi môi trường bất thường như băng hà lùi, băng vĩnh cửu tan chảy, và mức nước biển dâng cao Các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán, lũ lụt, và nhiệt độ bất thường đã gây thiệt hại nặng nề, đặc biệt ở các nước nghèo vùng nhiệt đới Chúng ta đang chứng kiến sự gia tăng ô nhiễm môi trường, sự xâm nhập của các loài ngoại lai, và tốc độ mất mát các loài sinh vật Những thay đổi này đặt ra câu hỏi về sự bền vững của ngôi nhà chung của chúng ta.

Loài người đang đối mặt với thảm họa cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên và ô nhiễm môi trường, dẫn đến sự xuất hiện của nhiều bệnh tật mới và thiên tai ngày càng nghiêm trọng Những hiện tượng thời tiết bất thường trong những năm qua đã gây ra tác hại nghiêm trọng, chủ yếu do hoạt động của con người Sự phát triển kinh tế và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch đã làm gia tăng lượng khí nhà kính trong khí quyển, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ mặt đất và hiện tượng nóng lên toàn cầu Nóng lên toàn cầu không chỉ gây ra những biến đổi khí hậu bất thường mà còn là nguyên nhân chính của các thiên tai trên toàn thế giới.

Thiết kế chế tạo mô hình xe gắn máy sinh thái chạy bằng điện và nhiên liệu khí

Nguồn lương thực và nước đang suy giảm nghiêm trọng, dẫn đến việc ngày càng nhiều người phải rời bỏ quê hương để tìm kiếm cơ hội sống sót ở nơi khác trên toàn cầu.

Hình 1.1 Ô nhiễm môi trường từ quá trình công nghiệp hóa.

Dân số thế giới đang gia tăng nhanh chóng, đòi hỏi cần thêm lương thực để nuôi sống số dân tăng lên, dẫn đến nhu cầu mở rộng diện tích đất trồng trọt và chăn nuôi Tuy nhiên, nguồn nước cần thiết cho nông nghiệp cũng phải gia tăng, gây ra tình trạng cạn kiệt sông ngòi, hồ ao và giảm sút nguồn nước ngầm Hơn nữa, để phát triển nông nghiệp, diện tích rừng nhiệt đới đang bị thu hẹp, điều này gây ra nhiều hệ lụy cho môi trường.

"Lá phổi" của Trái đất đang bị tàn phá nghiêm trọng, ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu Khủng hoảng môi trường hiện nay thường bị che lấp bởi những lợi ích kinh tế trước mắt Chúng ta thường lo lắng về cuộc sống hàng ngày mà không chú ý đến những vấn đề môi trường đang diễn ra Hành động này đang đẩy Trái đất đến giới hạn cuối cùng, đồng thời dẫn chúng ta đến một tương lai u ám Để cứu Trái đất và chính mình, chúng ta cần xem xét lại cách phát triển của mình, học hỏi từ những thất bại và thành công để xây dựng một cuộc sống bền vững cho hiện tại và các thế hệ tương lai.

Hình 1.2 Diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp.

Thách th ức đố i v ớ i ngành công nghi ệ p ô tô

Chất lượng không khí toàn cầu đang ở mức báo động do ô nhiễm, với khí thải từ động cơ đốt trong là nguyên nhân chính Không khí được coi là ô nhiễm khi thành phần của nó bị biến đổi hoặc có sự xuất hiện của các chất lạ, gây ra tác hại đã được khoa học chứng minh hoặc tạo ra sự khó chịu cho con người.

Tác hại của khí xả động cơ ô tô, xe máy

Khí th ả i ô tô

Khí thải ô tô là thuật ngữ chỉ các khí phát thải từ xe, bao gồm khí lọt, khí nhiên liệu bay hơi và khí xả Những khí thải này chứa nhiều chất độc hại như CO, NOx, và HC, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe con người Đặc biệt, động cơ diesel còn thải ra hạt cacbon siêu mịn, có khả năng xâm nhập sâu vào phổi khi hít phải.

- Khí thải ô tô là khái niệm nói về các khí thoát ra từô tô như khí lọt, nhiên liệu bay hơi và khí xả

Khí CO

- Trong quá trình đốt cháy do oxi không đủ sẽ tạo ra muội than-một dạng cacbon vô định, chính cacbon này tác dụng với O2 thiếu tạo ra CO:

Khi hít phải khí carbon monoxide (CO), khí này sẽ xâm nhập vào máu và kết hợp với hemoglobin, tạo ra carboxyhemoglobin (HbCO) Quá trình này làm đẩy oxy ra khỏi hồng cầu, vì CO có ái lực mạnh gấp 200 lần so với oxy Kết quả là cơ thể bị thiếu oxy, dẫn đến nguy cơ ngạt thở và tử vong nhanh chóng.

Khí HC

HC được sinh ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn, cũng như CO Ngoài ra

Hydrocarbon (HC) được sinh ra trong các trường hợp như nhiệt độ khu vực dập lửa thấp, chưa đạt nhiệt độ bốc cháy, hoặc khi khí nạp thổi qua trong thời gian lặp của xupap Lượng HC sinh ra phụ thuộc vào tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu; hỗn hợp càng giàu thì càng sinh ra nhiều HC, trong khi hỗn hợp nghèo sẽ sản sinh ít HC hơn Tuy nhiên, khi hỗn hợp quá nghèo, lượng HC sinh ra lại tăng lên do không cháy được Đặc biệt, động cơ xăng dầu thường sản sinh ra lượng khí hydrocarbons lớn hơn so với động cơ diesel tương đương.

Theo nghiên cứu y khoa, benzen trong hỗn hợp hydrocarbon có thể cản trở sản xuất máu, dẫn đến bệnh thiếu máu và được xem là nguyên nhân gây ung thư, bao gồm cả bệnh bạch cầu Hơn nữa, một số khí trong hỗn hợp này có khả năng kết hợp với NOx để tạo ra ozone, gây ra các vấn đề về đường hô hấp và phổi.

Khí NOx

NOx được hình thành từ nitơ và oxi trong hỗn hợp không khí-nhiên liệu khi nhiệt độ buồng đốt vượt quá 1800oC Càng cao nhiệt độ buồng đốt, lượng NOx sinh ra càng lớn Đặc biệt, khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu nghèo, lượng NOx cũng tăng lên do tỷ lệ oxi trong hỗn hợp cao hơn Do đó, lượng NOx sinh ra phụ thuộc vào hai yếu tố chính: nhiệt độ cháy và hàm lượng O2 trong hỗn hợp.

Hỗn hợp khí NOx gây hại cho sức khỏe con người, đặc biệt đối với những người có bệnh hô hấp Ngoài ra, NOx còn kết hợp với các chất khác trong không khí, tạo ra khí ozone và các tạp chất dạng hạt Hơn nữa, khí NOx cũng là nguyên nhân gây ra mưa axit, ảnh hưởng tiêu cực đến cây cối và đất đai.

Xu hướ ng phát tri ể n c ủ a ô tô – xe máy hybrid trong tương lai

Xe Hybrid t ạ i Vi ệ t Nam

Thị trường ô tô Việt Nam hiện có sự hiện diện của xe Hybrid, nhưng số lượng rất hạn chế Các mẫu xe Hybrid như Lexus RX 450h, Lexus LS600h, Mercedes-Benz S400 Hybrid, Toyota Prius và Toyota Camry Hybrid nhập Mỹ không được hưởng ưu đãi, dẫn đến việc khó thu hút khách hàng Mặc dù đã có mặt trên thị trường từ nhiều năm trước, nhưng những mẫu xe này dần trở nên ít nổi bật.

Tại Việt Nam, xe Hybrid thích hợp với mô hình giao thông hỗn hợp, giúp tiết kiệm nhiên liệu cho chủ sở hữu Đặc biệt, khi di chuyển ở tốc độ thấp, động cơ điện mặc dù công suất không lớn nhưng vẫn hoạt động hiệu quả.

Việc di chuyển bằng xe điện giúp giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải, tuy nhiên, chi phí bảo dưỡng động cơ điện và pin vẫn là mối bận tâm lớn của khách hàng Việt.

Gi ớ i thi ệ u xe g ắ n máy hybrid LPG – Điệ n

Xe gắn máy hybrid LPG – Điện kết hợp động cơ điện với động cơ nhiệt truyền thống, chuyển đổi từ nhiên liệu xăng sang khí hóa lỏng LPG, mang lại hiệu suất cao và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Khi hoạt động ở chế độ động cơ điện, xe vận hành êm ái và tiết kiệm nhiên liệu Sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG trong chế độ động cơ nhiệt giúp giảm thiểu khí thải độc hại Bên cạnh đó, việc kết hợp cả động cơ điện và động cơ nhiệt mang lại khả năng tăng tốc, vượt dốc và kéo tải hiệu quả hơn.

Xe gắn máy hybrid dự kiến sẽ trở thành xu hướng phát triển mạnh mẽ trong tương lai gần So với xe sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống, xe hybrid LPG - Điện mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, như tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải và bảo vệ môi trường.

Xe hybrid mang lại nhiều lợi ích, trong đó nổi bật nhất là tính thân thiện với môi trường Với công nghệ hybrid LPG - Điện, xe không phát thải ô nhiễm khi hoạt động bằng điện Khi sử dụng LPG, mức độ phát thải ô nhiễm chỉ tối đa bằng 20% so với xe chạy bằng xăng cùng kích cỡ, giúp giảm thiểu tác động xấu đến môi trường.

Xe hybrid LPG – Điện mang lại lợi ích tiết kiệm nhiên liệu, giúp giảm chi phí xăng dầu, đặc biệt hữu ích cho những người sử dụng xe hàng ngày để đi làm.

Xe gắn máy hybrid LPG – Điện là giải pháp lý tưởng cho Việt Nam trong việc bảo vệ môi trường và đảm bảo an ninh năng lượng Đầu tư vào sản xuất loại xe này không chỉ tạo ra sản phẩm công nghiệp đặc trưng của Việt Nam mà còn mở ra cơ hội cho một thị trường tiêu thụ rộng lớn trên toàn cầu.

Xe hybrid thường có giá mua cao hơn so với xe truyền thống, mặc dù người lái có thể tiết kiệm nhiên liệu Nguyên nhân chính là do công nghệ tiên tiến và các lợi ích tiết kiệm nhiên liệu, cùng với việc được quảng bá như một lựa chọn thân thiện với môi trường.

Một nhược điểm đáng chú ý của xe hybrid LPG – Điện là chi phí bảo dưỡng cao và phức tạp Người sử dụng thường phải đưa xe đến các trung tâm bảo trì chính hãng để đảm bảo chất lượng dịch vụ và hiệu suất hoạt động của xe.

- Lượng lưu trữ nhiên liệu LPG không nhiều như việc lưu trữxăng, dầu c Kết luận

Xe hybrid, đặc biệt là xe gắn máy hybrid, đang trở nên phổ biến ở các nước phát triển, nhưng vẫn còn mới mẻ với người tiêu dùng Việt Nam Do đó, việc thúc đẩy nghiên cứu và phát triển các phương tiện này là cần thiết để đáp ứng nhu cầu di chuyển trong tương lai Cần có các chính sách hỗ trợ để khuyến khích doanh nghiệp đầu tư vào lĩnh vực xe hybrid Những lợi ích của xe hybrid không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn tiết kiệm nhiên liệu, điều mà các nhà sản xuất và quốc gia trên thế giới đang hướng tới.

TÍNH TOÁN THI Ế T K Ế C Ả I T Ạ O XE G Ắ N MÁY HONDA CUB THÀNH XE G Ắ N MÁY HYBRID

Thi ế t k ế c ả i t ạ o xe g ắ n máy có s ẵ n thành xe g ắ n máy hybrid

Phân tích các phương án lắp đặt động cơ nhiệt và động cơ điệ n

Cải tạo xe gắn máy và lắp đặt động cơ mới cần tuân thủ nguyên tắc giảm thiểu thay đổi cấu trúc, nhằm bảo đảm độ cứng vững của khung xe không bị ảnh hưởng Điều này không chỉ giúp duy trì tính ổn định của xe mà còn góp phần giảm chi phí trong quá trình cải tạo xe gắn máy hybrid điện-LPG.

Hình 2.2 Động cơ nhiệt gắn trên xe

Lắp đặt động cơ nhiệt giữ nguyên động cơ và hệ thống điều khiển của xe gắn máy trước cải tạo Hệ thống truyền động được cải tiến để kết hợp công suất của động cơ nhiệt và động cơ điện, nhưng vị trí và kích thước vẫn không thay đổi nhiều Công suất động cơ nhiệt được truyền qua bánh sau qua cơ cấu đai truyền động bằng ly hợp nồi, giúp đơn giản hóa tối đa quá trình hoạt động.

Việc chuyển đổi xe thành xe hybrid đòi hỏi 14 công nghệ khác nhau, cùng với việc tính toán giá thành sau khi chuyển đổi Ngoài ra, cần gia công thêm một số vị trí như gá bình điện, bình nhiên liệu, phụ kiện cung cấp LPG và họng hút nhiên liệu để lắp đặt vào đường nạp của xe.

Vấn đề chính là cách lắp đặt động cơ điện lên khung xe gắn máy hiện có mà không làm thay đổi quá nhiều cấu trúc của xe, đồng thời vẫn đảm bảo khả năng vận hành và tính thẩm mỹ sau khi cải tạo.

Có 3 cách bố trí động cơ điện trên xe gắn máy hình 2.3:

- 1 động cơ điện đặt ở bánh xe trước

- 1 động cơ điện đặt ở bánh xe sau

- Bốtrí 2 động cơ điện ở cả 2 bánh

Hình 2.3 Các phương án bố trí động cơ điện a Động cơ điện đặt ở bánh xe trước; b Động cơ điện đặt ở bánh xe sau; c Động cơ điện đặt ở cả 2 bánh

Một động cơ điện phía trước và một động cơ điện phía sau mang lại nhiều ưu điểm cho xe, bao gồm tăng cường công suất và khả năng cơ động khi hoạt động ở chế độ động cơ điện Thiết kế này còn đảm bảo độ cân bằng cho xe, giúp cải thiện hiệu suất vận hành.

Nhược điểm của việc lắp đặt bánh xe điện là cần phải cải tạo cả phần càng trước và bánh sau, đồng thời yêu cầu hai bộ điều khiển động cơ điện, gây khó khăn trong việc chia tín hiệu từ tay ga Việc lắp động cơ điện ở bánh sau cũng làm phức tạp quá trình lắp đặt cơ cấu truyền động xích của động cơ nhiệt Tuy nhiên, một động cơ điện phía sau vẫn giữ được cảm giác lái và tính ổn định ban đầu của xe.

Động cơ điện đặt phía sau có nhược điểm là gây khó khăn cho việc bố trí và lắp đặt cơ cấu truyền động xích, dẫn đến việc khó kết hợp công suất giữa động cơ điện và động cơ nhiệt Ngược lại, khi động cơ điện được đặt phía trước, phương án này giúp tránh được các nhược điểm của việc đặt động cơ phía sau.

Việc cải tạo truyền động xích để kết hợp công suất từ hai động cơ không chỉ dễ dàng mà còn cho phép tách biệt chế độ làm việc của từng động cơ và nạp điện cho ắc quy Điều này giúp tăng cường tính cơ động cho xe, đồng thời giảm thiểu sự thay đổi cấu trúc khung xe, bảo đảm tính bền vững ban đầu.

Nhược điểm của xe điện là có thể làm giảm tính ổn định trong quá trình lái Sự khác biệt về kích thước giữa bánh xe trước và bánh xe sau gây ra sự mất cân đối ban đầu của xe.

Sau khi phân tích, chúng tôi nhận thấy rằng việc lắp đặt một động cơ điện phía trước đáp ứng hầu hết các yêu cầu, bao gồm việc kết hợp công suất của hai động cơ và giảm thiểu sự thay đổi cấu trúc của xe Do đó, chúng tôi đã quyết định chọn phương án này để thiết kế và cải tạo xe mô tô hybrid Để thực hiện phương án bố trí động cơ điện phía trước, chúng tôi sẽ cải tạo lại chắn ba phía trước để có thể lắp đặt động cơ điện, giúp động cơ dẫn động bánh xe trước của xe gắn máy.

Để lắp đặt cụm động cơ điện lên xe gắn máy hybrid, cần cải tạo phuộc trước bằng cách cắt bỏ cơ cấu lắp đặt bánh xe cũ và giảm chấn.

Thi ế t k ế b ố trí h ệ th ố ng truy ền động điệ n cho xe g ắ n máy hybrid

Th ời điể m ph ố i h ợ p công su ấ t

a Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm

Khi ô tô khởi hành, motor điện cung cấp công suất ban đầu giúp xe di chuyển và tăng tốc lên khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước khi động cơ xăng khởi động Để tăng tốc nhanh từ điểm dừng, động cơ xăng cần khởi động ngay lập tức để đạt công suất tối đa Motor điện và động cơ xăng hỗ trợ lẫn nhau khi cần công suất cao, như khi leo dốc hoặc vượt xe khác Motor điện hoạt động hiệu quả hơn ở tốc độ thấp, giúp tiết kiệm nhiên liệu khi lái trên đường phố so với đường cao tốc Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là những ví dụ điển hình cho công nghệ này.

Động cơ điện hỗ trợ động cơ xăng chỉ trong những tình huống cần công suất cao như tăng tốc nhanh, leo dốc hoặc vượt xe khác, còn trong điều kiện bình thường, xe vẫn hoạt động chủ yếu bằng động cơ xăng Điều này giúp những chiếc hybrid tiết kiệm nhiên liệu hơn khi di chuyển trên đường cao tốc, nơi động cơ xăng ít bị tải Ví dụ điển hình cho loại hybrid này là Honda Civic Hybrid và Honda Insight.

Cả xe hybrid và xe điện đều sử dụng năng lượng từ ắc-quy, nhưng điều này có thể làm giảm hiệu suất của ắc-quy Điểm khác biệt lớn là xe hybrid không cần phải sạc từ nguồn điện bên ngoài, vì nó có khả năng tự sạc năng lượng trong quá trình hoạt động.

Phân tích, l ự a ch ọn phương án phố i h ợ p công su ấ t

Động cơ điện truyền lực trực tiếp đến các bánh xe chủ động, trong khi động cơ nhiệt chỉ có nhiệm vụ kéo máy phát điện để sản xuất điện năng, phục vụ cho việc nạp ắc-quy hoặc cung cấp năng lượng cho động cơ điện.

Dòng điện được chia thành hai phần: một phần để nạp ắc-quy và phần còn lại để vận hành động cơ điện, mà còn có khả năng tái sinh năng lượng khi xe xuống dốc và phanh Ưu điểm của hệ thống này là động cơ đốt trong không hoạt động ở chế độ không tải, giúp giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời cho phép tối ưu hóa chế độ hoạt động của động cơ phù hợp với từng loại ôtô Ngoài ra, động cơ nhiệt chỉ hoạt động khi xe di chuyển quãng đường dài hơn mức quy định cho ắc-quy, và sơ đồ này có thể không cần hộp số.

Hình 2.4 Hệ thống hybrid nối tiếp

Tổ hợp ghép nối tiếp có những nhược điểm như kích thước và dung tích ắc-quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song Bên cạnh đó, động cơ đốt trong thường hoạt động ở chế độ nặng nhọc để cung cấp điện cho ắc-quy, dẫn đến nguy cơ quá tải.

Hình 2.5 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp

Dòng năng lượng được truyền tới bánh xe chủ động một cách song song, với động cơ nhiệt và motor điện cùng cung cấp lực cho trục bánh xe theo các điều kiện hoạt động khác nhau Trong hệ thống này, động cơ nhiệt là nguồn năng lượng chính truyền moment, trong khi motor điện hỗ trợ khi cần tăng tốc hoặc vượt dốc.

Hình 2.6 Hệ thống hybrid song song

Động cơ điện với tính năng giao hoán lưỡng dụng không chỉ khởi động động cơ đốt trong mà còn hoạt động như máy phát điện để nạp ắc-quy, giúp giảm thiểu tổn thất cho các cơ cấu truyền động Ưu điểm nổi bật là công suất ôtô mạnh mẽ hơn nhờ sử dụng đồng thời hai nguồn năng lượng, trong khi mức độ hoạt động của động cơ điện thấp hơn động cơ nhiệt Điều này dẫn đến dung lượng ắc-quy nhỏ gọn và trọng lượng xe nhẹ hơn so với các kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp.

Hình 2.7 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song

Nhược điểm của động cơ điện và bộ phận điều khiển là kết cấu phức tạp và giá thành cao Động cơ nhiệt cần được thiết kế với công suất lớn hơn so với kiểu lai nối tiếp Hơn nữa, tính ô nhiễm môi trường và hiệu quả kinh tế nhiên liệu của chúng không cao.

Hệ thống lai nối tiếp kết hợp cả hai mô hình nối tiếp và song song, tối ưu hóa lợi ích từ cả hai loại động cơ Thiết bị phân chia công suất trong hệ thống này đảm nhiệm việc chuyển giao một tỷ lệ công suất biến đổi liên tục giữa động cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động.

Hình 2.8 Hệ thống hybrid hỗn hợp

Việc thiết kế bộ chia và kết hợp công suất cho xe gắn máy gặp nhiều khó khăn do tính phức tạp và yêu cầu bố trí, điều này có thể làm thay đổi hình dáng ban đầu của xe Do đó, hệ thống này thường được sử dụng phổ biến hơn trên ô tô hybrid thay vì trên xe gắn máy hybrid.

Hình 2.9 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp d Kết luận

Sau khi đánh giá ba phương pháp phối hợp công suất dựa trên các tiêu chí kỹ thuật như công suất yêu cầu và tính gọn nhẹ, cùng với khả năng thực thi về mặt kinh tế, phương pháp phối hợp công suất theo kiểu song song được xác định là lựa chọn hợp lý nhất.

Việc cải tạo xe máy sử dụng động cơ nhiệt giữ nguyên cấu trúc và hình dáng tổng thể, giúp tiết kiệm chi phí thiết kế.

Việc tận dụng hầu hết các xe động cơ nhiệt không chỉ giúp giảm chi phí mà còn duy trì công suất ban đầu của động cơ, đồng thời giữ được kết cấu đơn giản.

- Có thể khắc phục và nghiên cứu thêm về hệ thống điều khiển để giảm bớt độ phức tạp của xe trong lúc hoạt động

- Dễ dàng lắp đặt và bố trí hệ thống điện, không gây phức tạp hệ thống dẫn động

- Giữ nguyên được kết cấu và hình dáng xe

Trong nghiên cứu này, động cơ điện được lắp đặt ở phía trước xe, trong khi bánh xe phía sau vẫn giữ nguyên vị trí ban đầu; chỉ cải tiến bộ phận truyền lực giữa bánh xe sau và động cơ.

Trong chế độ sử dụng động cơ nhiệt, động cơ hoạt động dẫn động bánh sau giúp chiếc xe vận hành ổn định và hiệu quả Điều này cho phép xe di chuyển trên quãng đường dài một cách dễ dàng, sử dụng nhiên liệu LPG.

Khi xe hoạt động bằng động cơ điện, động cơ điện phía trước sẽ kéo toàn bộ xe, trong khi động cơ nhiệt không hoạt động Để tránh mất mát công suất do sự dẫn động ngược từ bánh xe sau vào động cơ, ly hợp sẽ ngắt truyền động giữa bánh sau và động cơ nhiệt.

- Phối hợp sử dụng cả 2 động cơ khi lên dốc hoặc cần công suất lớn: Hai động cơ sẽ hoạt động song song nhau.

Tính toán độ ng h ọ c xe g ắ n máy hybrid

Xác định động cơ điệ n

Xe gắn máy hybrid tính toán thiết kế có thể chở được 2 người với khối lượng tổng cộng ước tính khoảng 240kg với vận tốc tối đa là 50km/h.

Công suất cần thiết của động cơ để tạo ra lực kéo vượt qua tổng lực cản được mô tả qua phương trình cân bằng lực.

FK = FL + FD + FG + FQ (2.1) Trong đó: F K –Lực kéo [N]

FD – Lực cản lên dốc [N]

FQ–Lực quán tính khi tăng tốc [N]

Lực cản lăn được tính: FL = f.G với f là hệ số cản lăn, xét trên đường nhựa tốt f= 0,02; G = m.g = 2400(N) là tổng trọng tảicủa xe Do đó, lực cản lên dốc:

Lực cản lên dốc được tính: F D = G.sinα với sinα là độ dốc của mặt đường, giả sử độ dốc là 10% (sinα = 0,1), ta có:

Lực cản gió được tính theo công thức F G = k.S.v^2, trong đó k là hệ số cản không khí, S là diện tích cản chính diện và v là vận tốc của xe Đối với xe gắn máy, hệ số k dao động từ 0,4 đến 0,5 (Ns²/m⁴) và diện tích S từ 0,4 đến 0,6 (m²) Khi chọn k = 0,4 (Ns²/m⁴), S = 0,4 (m²) và vận tốc xe là v = 50 (km/h), ta có thể tính toán lực cản gió một cách chính xác.

Lực quán tính được tính: Q= m.a với m là khối lượng toàn bộ và a là gia tốc của xe Chọn gia tốc a = 1(m/s 2 ) ta có

Từ những tính toán trên, thay các giá trị tính được vào biểu thức (2.1) ta được:

Công suất cực đại được tính bằng FK = 48 + 240 + 30,86 + 240 = 558,86(N) Tuy nhiên, trong thực tế, bốn lực cản này thường không xuất hiện đồng thời Ví dụ, khi xe di chuyển lên dốc với tốc độ chậm, có thể bỏ qua lực quán tính và lực cản gió Ngược lại, khi xe đạt tốc độ tối đa, lực cản lên dốc và lực quán tính có thể được xem là không tồn tại.

Như vậy, lực cần thiết của động cơ ở hai trường hợp này được tính lại là:

Cả hai trường hợp đều có lực cản nhỏ hơn trường hợp tổng quát, phù hợp với chế độ hoạt động thực tế của xe Khi xe chạy ở tốc độ tối đa, động cơ điện được sử dụng hết công suất Mặc dù lực cản khi leo dốc lớn hơn, nhưng nếu xe di chuyển với vận tốc rất nhỏ, công suất phụ tải sẽ giảm Do đó, trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa được chọn để xác định cân bằng công suất cho động cơ, với F KG = 78,86(N) và vận tốc v = 13,89(m/s).

Ta có công suất cản của xe lúc này là:

Công cản của xe được xác định bởi công suất cần thiết của động cơ để cân bằng với lực cản này Công thức tính toán là P K = PKG/ɳ, trong đó ɳ là hiệu suất của hệ thống truyền lực Với giá trị sơ bộ ɳ = 0,95, ta có thể tính toán công suất cần thiết cho động cơ.

Vì vậy, để đảm bảo xe gắn máy đạt được các thông số thiết kế, ta chọn động cơ điện có thông số như sau:

Bảng 2.2 Thông số động cơ điện được chọn. Điện áp 48V

Số vòng quay ứng với công suất cực đại 800vòng/phút

Mô men xoắn cực đại 90N.m

Hiệu suất 86% Động cơ điện sử dụng là loại động cơ một chiều không chổi than Brushless DC (BLDC) như hình 2.10

Động cơ một chiều (ĐCMC) thông thường có hiệu suất cao và phù hợp cho các truyền động servo, nhưng chúng có nhược điểm là cần có cổ góp và chổi than, dễ bị mòn và yêu cầu bảo trì thường xuyên Để khắc phục vấn đề này, người ta đã phát triển động cơ không cần bảo trì bằng cách thay thế chức năng của cổ góp và chổi than bằng phương pháp chuyển mạch.

Động cơ đồng bộ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, hay còn gọi là động cơ một chiều không chổi than (BLDC), sử dụng thiết bị bán dẫn như biến tần với transistor công suất chuyển mạch theo vị trí rotor Nhờ vào việc không có cổ góp và chổi than, động cơ BLDC khắc phục hầu hết các nhược điểm của động cơ một chiều có vành góp thông thường.

Tính ch ọ n ắc quy cho động cơ điệ n

Trong hệ thống điện ôtô, máy kéo thì ắc quy là nguồn năng lượng phụđể:

- Cung cấp năng lượng cho máy khởi động khi khởi động động cơ

- Cung cấp năng lượng cho tất cả các phụ tải khác khi động cơ không làm việc hoặc làm việc ở số vòng quay nhỏ

- Nếu phụ tải mạch ngoài lớn hơn công suất của máy phát thì ắc quy sẽ cùng máy phát cung cấp cho các phụ tải b Yêu cầu

Các ắc quy dùng trên xe điện phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có điện dung lớn và khối lượng, kích thước tương đối bé

- Có điện thếổn định, hiện tượng tựphóng điện không đáng kể

- Làm việc tin cậy khi nhiệt độmôi trường thay đổi trong phạm vi rộng

- Phục hồi nhanh chóng điện dung khi được nạp trong các điều kiện sử dụng khác nhau

- Đơn giản trong bảo quản và sửa chữa

- Có độ bền cơ học cao, chịu được rung sóc, thời gian phục vụ lớn, giá thành rẻ c Tính dung lượng ắc quy

Ta có dung lượng ắc quy được tính như sau:

Pkđ [W] : Công suất máy khởi động, Pkđ = Nkđ = 800 [W]

Dung lượng ắc quy trong xe điện được xác định dựa trên thời gian cung cấp điện cho động cơ, trong trường hợp này là 1 giờ 30 phút Hệ số năng suất của bộ kích điện thường dao động từ 0,7 đến 0,8, vì vậy chúng ta chọn hệ số 0,8 để tính toán.

Thay các giá trị vào biểu thức ta được:

Để đảm bảo tuổi thọ của ắc quy, nên sạc lại khi dung lượng còn 20% Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của ắc quy.

Vậy chọn ắc quy SKY-E 12V-12Ah hình 2.11

Hình 2.11 Bình ắc quy SKY – E Battery

Ta sử dụng 4 ắc quy mắc nối tiếp nhau đểđảm bảo được dung lượng và điện áp yêu cầu cho động cơ

Bảng 2.3 Thông số ắc quy

STT Đặc điểm Giá trị

Thiết kế hệ thống điều khiển cho xe gắn máy hybrid

Nguyên lý hoạt động sơ đồ điều khiển

Theo sơ đồ trên, xe máy Hybrid sẽ hoạt động ở 4 chếđộ theo sơ đồ hình 2.12:

- Xe hybrid chạy bằng động cơ điện

- Xe hybrid chạy bằng động cơ nhiệt

- Xe hybrid chạy bằng động cơ xăng kéo máy phát sạc lại ắc quy

- Xe hybrid chạy bằng động cơ xăng-điện

- Dây chìa khóa xe điện nối với dương ắc quy thì động cơ điện được bật

- Dây chìa khóa xe máy nối với mass thì xe máy bị tắt a Xe hybrid chạy bằng động cơ điện

Khi ta chuyển cụm công tắc điều khiển xe sang chếđộ 1:

Dây chìa khóa của xe máy kết nối với mass để tắt máy, trong khi dây chìa khóa của xe điện kết nối với dương ắc quy để khởi động chế độ chạy Dòng điện từ ắc quy đi qua bộ điều tốc, nơi nhận tín hiệu từ tay ga và cảm biến vị trí roto, sau đó cung cấp dòng điện cho các cuộn dây trên stato theo thứ tự chính xác, giúp roto quay Toàn bộ công suất của động cơ điện được sử dụng để tạo ra sức kéo cho xe.

Hình 2.12 Sơ đồ điều khiển xe gắn máy hybrid b Xe hybrid chạy bằng động cơ nhiệt

+ Dây chìa khóa của xe điện bị ngắt khỏi cực dương ắc quy làm cho động cơ điện bị ngắt

Dây chìa khóa của xe máy ngắt khỏi mass, cho phép động cơ nhiệt hoạt động Xe máy sử dụng động cơ nhiệt, với toàn bộ công suất được chuyển hóa thành sức kéo, giúp xe di chuyển hiệu quả.

28 c Xe hybrid chạy bằng động cơ LPG kéo máy phát sạc lại ắc quy

Khi động cơ điện ngừng hoạt động và động cơ nhiệt khởi động, đầu ra của bộ tăng áp DC/DC kết nối với ắc quy sẽ chuyển sang chế độ sạc.

Khi động cơ điện chuyển sang chế độ máy phát, nó được kéo theo bởi động cơ nhiệt, tạo ra dòng điện ba pha ở đầu ra Dòng điện này sau đó qua cầu chỉnh lưu ba pha được chuyển đổi thành dòng điện một chiều Tuy nhiên, dòng điện một chiều đầu ra có điện áp không ổn định do tốc độ máy phát không ổn định Để khắc phục vấn đề này, chúng ta sử dụng một mạch tăng áp dc/dc giúp duy trì điện áp đầu ra ổn định ở mức 55V và dòng điện sạc ổn định, phục vụ cho việc sạc ắc quy Xe hybrid hoạt động bằng động cơ LPG-điện.

Khi chuyển cụm công tắc điều khiển xe sang chế độ 1 và ngắt công tắc kết hợp công suất, đầu dây chìa khóa của xe điện sẽ kết nối với dương ắc quy, trong khi dây chìa khóa của xe máy ngắt khỏi mass Điều này cho phép cả động cơ điện và động cơ nhiệt cùng hoạt động, từ đó kết hợp công suất của hai động cơ một cách hiệu quả.

Nâng cao công su ấ t và hi ệ u su ấ t xe g ắ n máy hybrid

M ụ c đích, yêu cầ u

Bố trí các bộ phận trên xe máy hybrid được thực hiện bằng cách cải tạo và lắp ráp các sản phẩm và chi tiết có sẵn trên thị trường Điều này không chỉ giúp giảm giá thành chế tạo xe mà còn giữ nguyên thiết kế ban đầu, cho phép xe hoạt động hiệu quả trong các chế độ thiết kế nhằm nâng cao công suất và hiệu suất.

Chế độ chạy bằng động cơ đốt trong chủ yếu được sử dụng khi di chuyển trên đường trường, trong khi động cơ điện không hoạt động Lúc này, động cơ đốt trong sẽ kéo bánh sau thông qua bộ truyền xích giống như xe gắn máy thông thường Đồng thời, năng lượng từ động cơ điện có thể được tận dụng để sạc lại ắc quy.

Chế độ chạy bằng động cơ điện chủ yếu được sử dụng khi di chuyển trong thành phố, khi đó động cơ đốt trong không hoạt động và chỉ có động cơ điện ở bánh trước quay để kéo xe di chuyển.

Chế độ kết hợp: Sử dụng cả động cơ điện và động cơ đốt trong để tăng khả năng vượt dốc cho xe

Nhóm thiết kế của chúng tôi đã tối ưu hóa không gian trên xe máy nguyên bản và thực hiện điều chỉnh một số bộ phận để sắp xếp các chi tiết cho xe máy hybrid một cách hợp lý.

Các gi ả i pháp nâng cao hi ệ u qu ả s ử d ụng năng lượ ng trên xe g ắ n máy

Chúng tôi giữ nguyên bộ sạc điện cho xe Honda Cub 50 với bình điện 12V-5Ah, đồng thời sử dụng bộ sạc điện lưới cho 4 bình ắc quy mắc nối tiếp 48(V) Ngoài ra, chúng tôi thiết kế cải tiến hệ thống nạp điện cho ắc quy 48(V) nhằm tận dụng năng lượng khi xe xuống dốc hoặc phanh.

2.5.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện BLDC Động cơ điện một chiều không chổi than kích từ bằng nam châm vĩnh cửu Động cơ một chiều không chổi than chính là sự kết hợp của động cơ xoay chiều đồng bộ kích từ vĩnh cửu và bộ biến đổi điện tử chuyển mạch theo vị trí rotor hình 2.13

Việc xác định vị trí rotor thường được thực hiện bằng cảm biến vị trí, chủ yếu là cảm biến Hall, mặc dù một số động cơ cũng sử dụng cảm biến quang học.

Hình 2.13 Sơ đồ khối động cơ điện BLDC

Stator của động cơ một chiều không chổi than (BLDC) bao gồm dây quấn phần ứng và có hai sơ đồ nối dây chính là nối hình sao (Y) và hình tam giác Cấu trúc của stator được làm từ lá thép kỹ thuật điện, với các cuộn dây được đặt trong các khe cắt xung quanh chu vi phía trong.

Rotor được gắn vào trục động cơ và được trang bị các thanh nam châm vĩnh cửu trên bề mặt Số lượng đôi cực của rotor dao động từ 2 đến 8, với các cực Nam (S) và Bắc (N) được sắp xếp xen kẽ nhau.

Hình 2.14 Các dạng cấu tạo của rotor c Cảm biến vị trí Hall sensor

Hình 2.15 Động cơ BLDC cấu trúc nằm ngang

Động cơ một chiều không chổi than khác biệt với động cơ một chiều dùng chổi than ở chỗ chuyển động của nó được điều khiển bằng điện tử Cụ thể, các cuộn dây của stator được cấp điện thông qua sự chuyển mạch của các van bán dẫn công suất, cho phép động cơ hoạt động hiệu quả.

31 cuộn dây của stator được cấp điện theo thứ tự dựa trên vị trí của rotor động cơ, không ngẫu nhiên Để xác định cuộn dây stator nào sẽ được cấp điện tiếp theo, cần phải biết vị trí của rotor, được đo bằng các cảm biến Hall ẩn trong stator Hầu hết động cơ một chiều không chổi than đều có các cảm biến Hall ở phần đuôi trục, và khi các cực nam châm của rotor đi qua gần cảm biến, chúng sẽ gửi tín hiệu tương ứng với cực Bắc hoặc cực Nam Từ tổ hợp tín hiệu của 3 cảm biến Hall, thứ tự chuyển mạch chính xác được xác định Tín hiệu này dựa trên hiệu ứng Hall, hiện tượng xảy ra khi dòng điện chạy qua vật dẫn trong từ trường, tạo ra lực đẩy lên các điện tích và sinh ra hiệu điện thế giữa hai mặt của vật dẫn Hiệu ứng này được đặt theo tên người phát hiện vào năm 1879.

Hình 2.16 Sơ đồ cấp điện cho các cuộc dây stato

Động cơ một chiều không chổi than có thiết kế đặc biệt với dây quấn phần ứng trên stator cố định, cho phép bộ đổi chiều điện tử dễ dàng thay thế cho các bộ phận truyền thống Bộ đổi chiều này sử dụng transistor công suất để điều chỉnh dòng điện theo vị trí rotor Để hoạt động hiệu quả, động cơ này cần cảm biến vị trí rotor, giúp bộ đổi chiều điện tử đảm bảo sự thay đổi dòng điện trong dây quấn phần ứng khi rotor quay, tương tự như chức năng của vành góp và chổi than trong động cơ một chiều thông thường.

Động cơ BLDC hoạt động dựa trên việc xác định vị trí chính xác của roto để điều khiển quá trình đóng ngắt các khóa bán dẫn và cung cấp nguồn cho các cuộn dây stato theo trình tự hợp lý Trong mỗi trạng thái chuyển mạch, một cuộn dây (pha A) nhận điện dương, cuộn dây thứ hai (pha B) nhận điện âm, và cuộn thứ ba (pha C) không được cấp điện Momen sinh ra từ sự tương tác giữa từ trường của cuộn dây stato và nam châm vĩnh cửu, với mô men lớn nhất xảy ra khi hai từ trường lệch nhau 90° Để duy trì động cơ quay, từ trường của cuộn dây stato cần quay đồng bộ với từ trường của rotor một góc α.

2.5.2.2 Thiết kế bộ sạc điện từnăng lượng khi phanh hoặc khi xe xuống dốc

Theo nguyên lý và cấu tạo của động cơ BLDC, khi động cơ không hoạt động và được tác động lực để quay, nó sẽ hoạt động như một máy phát điện xoay chiều với kích từ bằng nam châm vĩnh cửu Nhóm thử nghiệm đã chứng minh rằng khi quay bánh trước, động cơ điện phát ra dòng điện xoay chiều 3 pha, biến đổi theo tốc độ vòng quay Để sạc ắc quy 48V, cần dòng điện 1 chiều ổn định với điện áp 55V Do đó, chúng tôi đã thiết kế cầu chỉnh lưu 3 pha để chuyển đổi dòng điện này thành dòng 1 chiều.

Bộ tăng áp và ổn định điện áp đầu ra luôn duy trì ở mức 55(V) để đảm bảo quá trình nạp điện Qua nghiên cứu thị trường, chúng tôi đã tìm thấy các mạch tăng áp có khả năng ổn định điện áp và cường độ dòng điện đầu ra Với điện áp đầu vào dao động từ 6-60(V), bộ mạch này có thể tăng lên 8-83(V) và cho phép điều chỉnh ổn định cả về điện áp lẫn dòng điện.

Ta thiết kế được sơ đồ mạch điện nạp điện như sau:

Khi động cơ nhiệt hoạt động hoặc khi xe di chuyển xuống dốc, động cơ điện sẽ chuyển sang chế độ phát điện, giúp nạp điện cho ắc quy thông qua mạch điện.

Hình 2.17 Cầu chỉnh lưu 3 pha, bộtăng áp và ổn định điện áp DC-DC

Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:

Khi ta bật chìa khóa sẽ có 3 chế độ hoạt động:

Chế độ chạy bằng điện của xe điện hoạt động thông qua việc kết nối dây chìa khóa với dương ắc quy, từ đó bật chế độ điện Dòng điện từ ắc quy đi qua bộ điều tốc, nhận tín hiệu từ tay ga và cảm biến vị trí roto, cung cấp dòng cho các cuộn dây trên stato theo thứ tự chính xác, giúp roto quay Toàn bộ công suất của động cơ điện được sử dụng để tạo ra sức kéo cho xe.

Chế độ chạy bằng động cơ nhiệt LPG chuyển đổi từ động cơ điện sang động cơ nhiệt, tạo ra dòng điện ba pha qua cầu chỉnh lưu Dòng điện một chiều đầu ra có điện áp không ổn định do tốc độ máy phát thay đổi, vì vậy cần sử dụng mạch tăng áp DC/DC để duy trì điện áp và dòng điện sạc ổn định cho ắc quy Toàn bộ công suất của động cơ nhiệt được sử dụng để cung cấp sức kéo cho xe.

Chế độ chạy song song giữa động cơ nhiệt và động cơ điện cho phép động cơ điện hoạt động mà không cần sạc ắc quy Ắc quy chỉ được nạp lại khi xe chạy xuống dốc hoặc khi phanh, giúp tận dụng năng lượng phanh để cung cấp lực phanh cho xe Hệ thống này không chỉ cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn biến năng lượng phanh thành năng lượng hữu ích cho xe gắn máy.

Hình 2.18 Sơ đồ hệ thống tựnạp điện của xe gắn máy hybrid

Giới thiệu nhiên liệu LPG

Ngu ồ n g ố c, phân lo ạ i LPG

LPG (Liquefied Petroleum Gas) là khí dầu mỏ hóa lỏng hay khí hóa lỏng có thành phần chính là Propane và Butane

Chủ yếu LPG được phân loại theo chỉ tiêu sự khác nhau vềđộ tinh khiết (hàm lượng propan và butan) hoặc tỉ lệ thành phần của propan : butan

LPG tự nhiên có mặt tại các giếng dầu và giếng gas, đồng thời cũng được sản xuất tại các nhà máy lọc dầu Nguyên liệu chính để sản xuất LPG là khí thiên nhiên khai thác từ các mỏ dầu hoặc qua quá trình xử lý dầu thô Quy trình sản xuất LPG bao gồm nhiều bước quan trọng.

Làm sạch khí là quá trình loại bỏ các tạp chất thông qua các phương pháp như lắng và lọc Sau khi hoàn tất quá trình này, khí nguyên liệu còn lại chủ yếu chứa các hydrocarbon như etan, propan và butan.

Quá trình tách khí là cần thiết để phân tách các thành phần trong hỗn hợp khí nguyên liệu, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau Các phương pháp tách khí hiệu quả bao gồm nén, hấp thụ, làm lạnh từng bậc và làm lạnh bằng giãn nở khí Hệ thống dây chuyền tách khí cho phép thu được propan và butan với độ tinh khiết cao, đạt nồng độ từ 96-98%.

Pha trộn LPG là quá trình kết hợp các khí thu được theo tỷ lệ thể tích khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng Trên thị trường Việt Nam, có nhiều loại LPG với tỷ lệ propan: butan khác nhau như 30:70, 40:60 và 50:50 Tỷ lệ 30:70 và 40:60 thường được sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày, trong khi tỷ lệ 50:50 chủ yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp như nấu thủy tinh, sản xuất ắc quy và cơ khí đóng tàu.

Khi chuyển từ thể lỏng sang thể khí, LPG có tỷ lệ giãn nở rất lớn 1 lít LPG lỏng sẽ tạo ra khoảng 250 lít khí

Do vậy trong các bồn chứa LPG không bao giờ được nạp đầy, chúng được quy định chỉ chứa từ 80% - 85% dung tích

Sản xuất LPG không khó, nhưng việc tồn trữ LPG gặp nhiều trở ngại do chi phí xây dựng bồn chứa cao Để xây dựng kho chứa LPG 1.000 tấn đạt tiêu chuẩn, cần khoảng 60 tỷ đồng Các bồn chứa LPG phải tuân thủ quy định của tiêu chuẩn TCVN 6486-1999 và TCVN 7441-2004 vì chúng chịu áp lực cao Hiện tại, kho LPG của PVGas Việt Nam là lớn nhất nước, với sức chứa tối đa lên đến 7.000 tấn.

Với số lượng LPG hiện tại, chỉ hai tàu bơm trong vài ngày là đủ, nhưng do thiếu kho chứa lớn, các doanh nghiệp ngại ký hợp đồng nhập khẩu dài hạn với số lượng lớn Họ thường gặp khó khăn trong việc chuyển hàng cùng lúc với khối lượng lớn, dẫn đến tình trạng bị động trong việc ổn định thị trường Điều này cũng lý giải cho sự biến động giá LPG trong nước thường cao hơn so với giá thế giới.

LPG chủ yếu bao gồm propan và butan, bên cạnh đó còn có một số thành phần khác với tỷ lệ rất nhỏ, có thể do quá trình tinh chế chưa hoàn hảo hoặc được bổ sung để cải thiện tính chất của LPG, như chất tạo mùi Thành phần của LPG có thể thay đổi tùy thuộc vào từng cơ sở sản xuất và mục đích sử dụng.

Nhưng thông thường thì tỉ lệ propan: butan = 50 : 50 nhưng đôi khi là 30:70, 40:60 tùy thuộc cơ sở và mục đích sử dụng.

M ộ t s ố đặ c tính c ủ a LPG

Tính chất của LPG phụ thuộc vào thành phần của nó:

- Không màu, không mùi, không độc hại (nhưng được pha thêm chất Etylmecaptan có

- Mùi đặc trưng để dễ phát hiện khi có rò xì gas)

- Nhiệt độ sôi của gas thấp (từ - 45 đến - 2 o C) nên để gas lỏng tiếp xúc trực tiếp với da sẽ bị phỏng lạnh

- Trong điều kiện nhiệt độ môi trường gas bốc hơi rất mãnh liệt, khi gas chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi thì thể tích tăng đến 250 lần

Áp suất của gas chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nhiệt độ môi trường; khi nhiệt độ tăng, áp suất gas cũng tăng theo và ngược lại Tại khu vực phía nam, áp suất gas thường dao động do sự thay đổi nhiệt độ.

- trong khoảng từ 4 - 7 kg/cm 2

- Tỉ trọng của gas lỏng nhẹ hơn nước, khối lượng riêng trong khoảng DL = 0.51 - 0.575 Kg/Lít

- Tỉ trọng gas hơi nặng hơn không khí DH = 1.51 - 2 lần, nên gas bị rò xì sẽtích nơi trũng, thấp hơn mặt bằng xung quanh (cống, rãnh).

Tình hình s ử d ụ ng nhiên li ệ u LPG cho xe g ắ n máy

Nghiên cứu về việc sử dụng LPG trong giao thông vận tải chỉ mới được thực hiện trong vài thập kỷ gần đây Một số quốc gia như Hà Lan, Ý và Hàn Quốc đã áp dụng chính sách thuế ưu đãi để khuyến khích người dân chuyển sang sử dụng khí LPG.

Trong ngành giao thông vận tải, LPG đang dần thay thế các nhiên liệu truyền thống như xăng và dầu, góp phần “xanh hóa” nhiên liệu Tuy nhiên, việc sử dụng LPG vẫn còn hạn chế Trên đường, chúng ta có thể thấy những chiếc taxi “xanh” sử dụng LPG của Petrolimex Các thử nghiệm cho thấy việc sử dụng bộ chuyển đổi LPG cho taxi có thể tiết kiệm từ 25-29% chi phí so với việc sử dụng xăng Việt Nam cũng bắt đầu áp dụng LPG làm nhiên liệu thay thế cho xe gắn máy.

Sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG cho xe gắn máy không chỉ giúp đa dạng hóa nguồn năng lượng trong giao thông vận tải mà còn giảm sự phụ thuộc vào xăng dầu và giảm ô nhiễm không khí Tại Việt Nam, trong bối cảnh đô thị hóa phát triển, việc ứng dụng nhiên liệu sạch đang được các nhà quản lý xem xét và triển khai Một số đề án sử dụng LPG đã được thực hiện để thúc đẩy sự chuyển đổi này.

Giữa năm 2003 và 2006, Công ty Cơ khí Ngô Gia Tự (thuộc Tổng Công ty công nghiệp ô tô Việt Nam) đã thực hiện dự án thí điểm chuyển đổi xe xăng sang LPG Đến năm 2006, công ty đã làm chủ công nghệ chuyển đổi và lắp đặt một trạm LPG tại Hà Nội, đồng thời tổ chức vận hành 30 xe taxi sử dụng nhiên liệu LPG tại thành phố này.

- Từ 2006, thành phố Đà Nẵng đã bắt đầu cho sử dụng các xe chạy LPG phục vụ công

- tác thu gom rác thải sinh hoạt tại công ty môi trường đô thị.

Lưu trữ khí dầu mỏ hóa lỏng LPG

Bình chứa LPG được chế tạo từ inox hoặc thép cường độ cao, với đáy bình được ép bằng máy 50 tấn và hàn bằng máy hàn CO2 có bảo vệ Quy trình hàn tự động đảm bảo mối hàn đồng đều và chất lượng cao Sau khi hoàn tất gia công, bình ga sẽ được kiểm tra áp suất lên tới 50 bar.

Dựa trên các yêu cầu thiết kế và phân tích ưu nhược điểm của từng phương án, chúng tôi quyết định chọn phương án sử dụng bình chứa tự thiết kế như hình 3.1.

Bình chứa LPG được chế tạo với nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng phù hợp với nhiều loại xe và dung tích khí lớn hơn, giúp tăng quãng đường di chuyển.

Nhược điểm: Khối lượng lớn làm tăng tải trọng của xe, tốn thời gian gia công, chi phí chế tạo lớn

L ự a ch ọn phương án cấ p LPG cho xe g ắ n máy

Tính toán lượ ng nhiên li ệ u LPG cung c ấ p

Khi đốt cháy 1kg nhiên liệu, cần một lượng không khí nhất định để các thành phần carbon (C) và hydro (H2) chuyển đổi thành carbon dioxide (CO2) và nước (H2O) thông qua các phản ứng hóa học.

Giả sử 1kg nhiên liệu lỏng gồm có: c kg C, h kg H2 và Onl kg O2, ta có thể viết:

Nếu gọi O’ o (kg/kg nhiên liệu) là lượng O2 lý thuyết cần thiết đốt cháy 1kg nhiên liệu, ta có:

3c +8h - Onl (kg/kg nhiên liệu)

Lượng oxy (O2) cần thiết để đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ chủ yếu được lấy từ không khí, bao gồm hai thành phần chính là O2 và nitơ (N2) Theo tỷ lệ khối lượng của không khí khô, oxy chiếm khoảng 23,2%, trong khi nitơ chiếm khoảng 76,8% Do đó, để tính toán lượng không khí lý thuyết cần thiết cho việc đốt cháy 1kg nhiên liệu, ta sử dụng hệ số L0 (kg không khí/kg nhiên liệu).

- Nhiên liệu LPG gồm có 50% Propane (C 3 H8) và 50% Butane (C4H10) nên thành phần khối lượng của C và H là: 0,823 C và 0,177 H, không có thành phần Oxy trong nhiên liệu nên Onl = 0

Thay vào công thức (4-1) ta được:

Khi lượng không khí thực tế cung cấp cho động cơ để đốt cháy 1kg nhiên liệu là L (kg không khí/kg nhiên liệu) và λ là hệ số dư lượng không khí, ta có thể xác định mối quan hệ giữa lượng không khí và hiệu suất đốt cháy của động cơ Việc hiểu rõ về L và λ giúp tối ưu hóa quá trình tiêu thụ nhiên liệu, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.

Khối lượng không khí nạp vào xylanh để đốt cháy LPG được ký hiệu là m aLPG, trong khi m LPG là khối lượng nhiên liệu LPG cung cấp cho xylanh Để đảm bảo phản ứng đốt cháy nhiên liệu diễn ra hoàn toàn theo lý thuyết, cần có sự cân bằng giữa hai khối lượng này.

15.56 aLPG LPG m  m (kg/kg nhiên liệu)

Nguyên lý phun LPG cho xe gắn máy

Hình 3.2 Nguyên lý phun LPG xe cho cho gắn máy

Van chỉ mở khi lực hút chân không tác động lên màng cao su lớn hơn lực căng lò xo

Độ chân không tại S1 thay đổi theo góc quay trục khuỷu, cho phép điều chỉnh sức căng lò xo để van bắt dầu mở khi đạt độ chân không nhất định và đóng lại khi độ chân không trong họng thấp hơn giá trị này Hình 3.2 minh họa rằng với tốc độ động cơ tăng cao, góc phun cũng gia tăng, từ đó giúp hệ số tương đương của hỗn hợp được tự động điều chỉnh theo tốc độ động cơ.

Sơ đồ t ổ ng quát b ố trí h ệ th ố ng cung c ấ p LPG

Sơ đồ tổng quát bố trí hệ thống cung cấp LPG

Hình 3.3 Sơ đồ cung cấp LPG

1- Bình chứa, 2- Khoá ga, 3- Van điều áp, 4- Van điện từ, 5- Van cấp LPG,

6- Đầu ra van cấp LPG, 7- Vít điều chỉnh công suất; 8- Vòi phun LPG, 9- Vòi phun không tải, 10- lỗ hút chân không; 11- Van hút chân không, 12-Bộ phụ kiện GATEC 27,

13-Vít điểu chỉnh không tải

LPG ở thể khí được cung cấp đến họng thông qua hai đường ống: đường không tải 12 và đường cung cấp chính 11 Mạch nhiên liệu chính được dẫn qua vòi phun 6 tại họng venturi, trong khi van chân không 9 cho phép điều chỉnh thành phần hỗn hợp dựa trên độ chân không trong đường nạp Hệ thống còn bao gồm van điều chỉnh công suất tối đa và tốc độ không tải, đảm bảo hoạt động hiệu quả của động cơ.

S ử d ụ ng b ộ ph ụ ki ệ n GATEC 27 trên xe Cub 50

Thiết kế bố trí các hệ thống bổ sung

Tiêu đề	Thiết Kế Chế Tạo Mô Hình Xe Gắn Máy Sinh Thái Chạy Bằng Điện Và Nhiên Liệu Khí
Tác giả	ThS. Bùi Văn Hùng
Trường học	Đại học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Khoa Học Và Công Nghệ
Thể loại	Báo Cáo Tổng Kết
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	1,44 MB