Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường của phương tiện giao thông cá nhân

303 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NHẰM GIẢM LƯỢNG KHÍ THẢI GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CỦA PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG CÁ NHÂN Phạm Minh Hậu, Trần Trung Kiên, Nguyễn Văn Tú, Phạm Đức Công, Phạm Xuân Đạt Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Nguyễn Văn Bản TÓM TẮT Bài báo trình bày về việc nghiên cứu khả năng ứng dụng khoa học công nghệ nhằm làm giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường. Đồng thời làm tiền đề cho việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo xe 2 bánh sử dụng nhiên liệu kép. Ở Việt Nam, xe hai bánh sử dụng động cơ đốt trong là phương tiện chủ yếu trong việc di chuyển của mọi người trong các khu vực nội thành, nên lượng khí thải ra môi trường rất lớn, là nguyên nhân tăng hiệu ứng nhà kính, đóng góp vào sự nóng lên toàn cầu. Phương án thay thế động cơ đốt trong bằng động cơ điện có thể giảm phần lớn lượng nguyên nhân gây ô nhiễm. Tuy vậy, phương tiện thuần 100% động cơ điện, thì khả năng tích lũy năng lượng chưa được tối ưu, di chuyển liên tục trên đường là có giới hạn. Chính vì thế mà nhóm đề tài muốn nghiên cứu khả năng ứng dụng của động cơ PHEV trên xe hai bánh tại Việt Nam, sau đó thiết kế, chế tạo xe hai bánh sử dụng nhiên liệu kép nhằm giảm thiểu lượng khí thải ra môi trường. Xe có thể sạc đầy bình ắc quy bằng điện lưới 220V sau khi sử dụng hết, hoặc là có thể chuyển sang vừa dùng năng lượng của động cơ đốt trong vừa sạc lại cho ắc quy trong bất cứ lúc nào, nhờ vậy có thể thuận tiện tối đa cho người sử dụng. 1 GIỚI THIỆU Phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu kép xăng- điện, đây là xe lai sạc điện PHEV là xe lai trong đó sử dụng pin sạc, hoặc thiết bị lưu trữ năng lượng khác, có thể được phục hồi để sạc đầy bằng cách kết nối với một nguồn điện bên ngoài. PHEV có đặc điểm của một chiếc xe lai thông thường, có một động cơ điện và một động cơ đốt trong và một thùng dự trữ nhiên liệu cùng với một thiết bị dự trữ điện (pin sạc). Trong khi làn sóng nghiên cứu xe điện đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới thì tại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được sự quan tâm thích đáng của các nhà khoa học, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách. Đặc biệt, hiện nay nguồn năng lượng như dầu mỏ, than đá không phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo được. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể thấy tính cấp thiết của việc nghiên cứu xe lai điện trong giai đoạn hiện nay. Khi sử dụng động cơ PHEV, đồng nghĩa với việc thay thế sử dụng nhiên liệu hóa thạch bằng năng lượng điện khi di chuyển trong thành thị, làm giảm thiểu tối đa việc sử 304 dụng nhiên liệu xăng, diesel. Từ đó làm giảm thiểu sự phát thải các khí gây ô nhiễm ra môi trường. Đặc biệt là trong thành thị, nơi có ít cây cối và có lượng phương tiện tấp nập. Hy vọng đề tài sẽ giúp ích cho mọi người và xã hội. Nhóm đề tài đang nghiên cứu khả năng ứng dụng của nó tại Việt Nam và sẽ thực hiện, thiết kế xe 2 bánh sử dụng nhiên liệu kép hoàn chỉnh, đặc biệt là nghiên cứu phần chuyển đổi giữa động cơ điện và động cơ đốt trong sao cho sự hoạt động của xe là linh hoạt nhất. 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nghiên cứu tỷ lệ sử dụng xe máy ở Việt Nam Ảnh hưởng từ nhiều nguyên nhân khác nhau tại Việt Nam như: kinh tế chưa phát triển, do thói quen đi lại, xe máy thuận tiện sử dụng đối với nhiều người, tiết kiệm thời gian khi đi trong thành phố vì vậy số lượng xe máy tại Việt Nam đã tăng vọt nhanh chóng trong những năm qua. Việt Nam đứng thứ 4 về số lượng tiêu thụ xe máy hằng năm. Tính đến đầu năm 2020 theo cục thống kê, số lượng xe máy lưu hành ở Việt Nam khoảng hơn 60 triệu chiếc. Là tác nhân chính gây ảnh hưởng lớn nhất đến sự ô nhiễm môi trường, đặc biệt là tại các thành phố lớn như Tp. Hồ Chí Minh và Tp. Hà Nội. Hình 1. Xe máy tấp nập trong thành thị là tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường Hình 2. Chứng kiến sự ô nhiễm môi trường từ phát thải động cơ rõ rệt 305 2.2 Phương hướng cải thiện 2.2.1 Thực tiễn hiện nay Bắt đầu có những phát triển mới về xe hai bánh sử dụng động cơ điện tại Việt Nam. Nhiều hãng xe với mẫu mã thiết kế đẹp, bắt mắt trên thị ngày càng nhiều. Nhưng theo khảo sát của nhóm nghiên cứu thì người sử dụng xe thuần động cơ điện 100% vẫn chưa hài lòng về việc thời gian có thể sử dụng và “ngại” khi di chuyển liên tục trên một quãng đường xa. Hình 3. Xe máy điện Vinfast tại Việt Nam Vì việc sử dụng năng lượng điện và thời gian sử dụng của nó có giới hạn, chưa thật sự tối ưu khi phải di chuyển đoạn đường xa hoặc sử dụng lâu dài. Thời gian cho mỗi lần sạc điện thường kéo dài khoảng 8 tiếng. Và tại Việt Nam vẫn còn đang phổ biến các trạm bán xăng dầu, chưa phổ biến hoặc rất ít các trạm sạc điện để có thể cung cấp cho nhu cầu đi lại của người sử dụng. 2.2.2 Ý tưởng cho giải pháp xe hai bánh sử dụng nhiên liệu kép tại Việt Nam Xe hai bánh sử dụng nhiên liệu kép dự tính được thiết kế với đầy đủ tính năng giống như một xe hai bánh sử dụng động cơ đốt trong tiêu chuẩn đang có mặt ở thị trường Việt Nam hiện nay Hình 4. Giữ nguyên phần động lực trên xe nguyên bản 306 Hình 5. Vị trí sẽ thay thế bằng động cơ điện (trên xe thử nghiệm) Thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng bằng điện tử. Sao cho khi xe di chuyển trên đường sẽ có nhiều chế độ hoạt động phù hợp, đáp ứng nhu cầu của người lái, nhưng vẫn bảo đảm sự giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong thành thị. Chế độ 1: chạy hoàn toàn bằng điện (trong thành thị). Hình 6. Sơ đồ động cơ điện trên xe Chế độ 2: chạy hoàn toàn bằng động cơ đốt trong (tuyến đường ngoại thành). Sạc lại năng lượng điện dự trữ. Hình 7. Sơ đồ động cơ đốt trong 307 Chế độ 3: tự khởi động chuyển đổi thành động cơ đốt trong khi pin dự trữ điện hết dung lượng, đồng thời động cơ đốt trong sẽ sạc lại năng lượng điện dự trữ. Chạy song song 2 chế độ động cơ điện kết hợp với động cơ đốt trong Hình 8. Mạch điện động cơ bước Sử dụng động cơ bước để xác định vị trí tay ga. Thiết lập thời điểm để hệ thống tự khởi động động cơ đốt trong. 3 Đ NH GIÁ Xã hội ngày càng phát triển không ngừng. Xu hướng giảm thiểu khí thải, bảo vệ môi trường ngày càng được người dân chú trọng. Liên quan đến việc thói quen sử dụng phương tiện của người dân và xu hướng vừa sử dụng nhiên liệu sạch trong thành thị, nhưng cũng vừa không làm gián đoạn các hoạt động di chuyển cần thiết phù hợp với nhu cầu của thị trường Việt Nam, xe hai bánh sử dụng nhiên liệu kép sẽ là giải pháp tối ưu để làm việc đó. 4 KẾT LUẬN Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường là vấn đề cấp bách của toàn xã hội, đặc biệt là các thành phố lớn có khối lượng xe đông mà chủ yếu là sự phát thải của xe máy. Vì vậy, nhóm đề tài đã nghiên cứu nhu cầu, thị trường và tính ứng dụng của nó tại Việt Nam, để làm tiền đề thiết kế và hiện thực hóa xe 2 bánh sử dụng động cơ sử dụng nhiên liệu kép xăng- điện Nhóm đề tài rất mong muốn có những ý kiến đóng góp để nhóm tiếp tục nghiên cứu và hiện thực hóa mô hình thực tiễn có thể sử dụng rộng rãi trên thị trường, góp phần làm giảm ô nhiễm khí thải, bảo vệ sức khỏe mọi người. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS-TS Đỗ ăn Dũng, 2007, Trang bị điện & điện tử trên ô tô hiện đại, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM. [2] Đinh Ngọc Ân. Trang bị điện ô tô máy kéo. Nhà Xuất bản Giáo Dục, Hà Nội, 1993. [3] BOSCH, Automotive Electronics Handbook, Germany, 2000. [4] Denton T. Automotive Electrical and Electronic Systems, UK. 2000. 308 [5] Advanced Engine Technology, London Roal Institute of Technology - 1999. [6] Tạp chí con số và sự kiện số tháng 9 năm 2002 [7] Nguyễn Phụ Thượng Lưu. (2018). Phương tiện giao thông và nhiên liệu sạch, Hutech, Tp.Hồ Chí Minh [8] M.Ehsani, Y.Gao, and A.Emadi. (2009). Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design, and edition, CRC Press, ISBN: 1420053981. [9] D. Sandalow, 2009. Plug-in Electric Vehicles: What Role for Washington? Brooking Institution Press, ISBN: 0815703058. [10] Simpson, T. Market, October 2006. Cost – Benefit Analysis of Plug-in Hybrid Electric Vehicle Technology, 22nd International Electric Vehicle Symposium, Yokohama, Japan. [11] https://dantri.com.vn/xa-hoi/xe-may-la-nguon-gay-o-nhiem-khong-khi-lon-nhat -cho-tphcm-20190420083816021.htm [12] https://autodaily.vn/2018/09/xe-may-hybrid-lan-gio-moi-cua-thi-truong-xe-may-viet [13] https://vnexpress.net/nguyen-ly-hoat-dong-cua-xe-lai-xang-dien-3720148.html