Xe máy chạy bằng điện kết hợp gas

Tiếp cận với công nghệ hybrid

Công nghệ lai (hybrid) đã bắt đầu nghiên cứu áp dụng trên mô tô trong những năm đầu của thế kỷ 21. Tháng 3/2005, Honda giới thiệu mẫu xe hybrid scooter với tính năng nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu. Xe hybrid này kết hợp hoạt động của một động cơ đốt trong phun xăng điện tử 50 cc và một động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ gắn trực tiếp vào bánh sau của xe. Hệ thống sử dụng một bình ắc quy niken-hydro để lưu trữ năng lượng. Khi chạy trên đường bằng phẳng trong thành phố, một mình động cơ điện sẽ dẫn động xe chạy với tốc độ đạt 30 km/giờ. Khi cần lực phát động lớn như tăng tốc hoặc lên dốc thì động cơ đốt trong sẽ kết với động cơ điện thông qua bộ truyền động đai vô cấp để tăng thêm công suất kéo. Để tận dụng năng lượng, khi xe giảm tốc hoặc xuống dốc thì động cơ điện sẽ trở thành máy phát điện nạp điện vào ắc quy.

Theo GS.TS. Bùi Văn Ga, các chủng loại ô tô, xe gắn máy hybrid trên thế giới hiện nay chủ yếu dùng động cơ nhiệt chạy bằng xăng và động cơ điện chạy bằng ắc quy. Nhờ phối hợp sử dụng tối ưu công suất động cơ nên tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ nhiệt được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, mức độ phát thải ô nhiễm sẽ giảm đi nhiều hơn nữa nếu chúng ta sử dụng động cơ LPG thay cho động cơ xăng trên xe gắn máy hybrid. Trong các công trình trước đây, Đại học Đà Nẵng đã nghiên cứu lý thuyết về hệ thống động lực của xe gắn máy hybrid. Công trình này giới thiệu kết quả tính toán thiết kế chế tạo và thử nghiệm thực tế xe gắn máy hybrid điện - LPG.

Xe gắn máy hybrid của Việt Nam

Xe được tính toán thiết kế có khối lượng tổng cộng 240 kg (chở 2 người). Ở chế độ bình thường, động cơ điện quay sẽ kéo bánh xe chủ động quay làm xe chuyển động. Khi xe chạy vào đường có độ dốc lớn, nếu người lái vặn hết tay ga mà tốc độ xe không vượt quá 20 km/giờ thì hệ thống tự động điều khiển động cơ LPG khởi động, ly hợp điện từ được điều khiển chuyển sang trạng thái đóng và dòng kích từ của máy phát được cắt. Động cơ LPG hỗ trợ với động cơ điện kéo xe vượt dốc. Khi tốc độ xe lớn hơn 20 km/giờ hoặc tay ga không vặn hết, hệ thống sẽ tự động điều khiển ly hợp điện từ chuyển sang trạng thái ngắt (cắt sự truyền động từ máy phát đến bánh xe sau) và dòng kích từ của máy phát được cấp để phát điện nạp cho ắc quy.

GS.TS. Bùi Văn Ga cho biết thêm: “Để đề phòng trường hợp khi xe dừng, người lái nhả tay ga và không tắt hệ thống điện toàn bộ xe, hệ thống phanh tái sinh năng lượng đang hoạt động, dòng điện kích từ có thể làm nóng cuộn dây kích từ của máy phát điện và làm tổn hao năng lượng, một rơ le điện từ sẽ điều khiển cắt dòng điện kích từ khi tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe nhỏ hơn mức cho phép”.

Tất cả mọi chế độ hoạt động của xe sẽ được một bộ điều khiển trung tâm (gọi tắt là ECC - electronic control center) điều khiển thông qua các tín hiệu vào từ cảm biến vị trí tay ga, vị trí các cần hoặc nút điều khiển, cảm biến tốc độ xe và các tín hiệu ra đến bộ điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ điện, cuộn dây điện từ của bộ ly hợp điện từ, rơ le đóng ngắt mạch điện kích từ của máy phát điện và bộ điều tốc của động cơ LPG. Bộ ECC sẽ nhận các tín hiệu vào từ: cảm biến vị trí tay ga, công tắc chuyển đổi chế độ hoạt động “bình thường” hoặc “phụ trợ” và cảm biến tốc độ xe. Sau đó nó xử lý tín hiệu và thực hiện điều khiển đến: bộ thay đổi điện áp cấp cho động cơ điện, cuộn dây điện từ của bộ ly hợp điện từ, rơ le đóng ngắt mạch điện kích từ của máy phát điện.

Động cơ nhiệt và máy phát điện được bố trí ở phía trước và gần động cơ điện ở bánh xe sau để dễ thiết lập kết nối với nhau bằng bộ truyền động đai. Bộ truyền động đai giữa cụm máy phát điện và động cơ điện ở bánh xe sau có hai chức năng: hỗ trợ lực kéo khi xe vượt dốc cao và thu hồi năng lượng khi cần giảm tốc độ xe (phanh tái sinh năng lượng). Cơ cấu truyền động cơ khí được sử dụng ở đây là bộ truyền động đai với lý do: làm việc êm dịu, không cần bôi trơn và tuổi thọ tương đối cao. Nguồn điện (ắc quy) được bố trí ở khoảng trống để chân phía trước người lái và bình chứa nhiên liệu khí hóa lỏng LPG được lắp đặt ở phía đuôi xe.

Sau khi lắp ráp hoàn thiện, xe đã được chạy thử nghiệm và đạt được vận tốc cực đại 55 km/giờ khi chạy bằng điện. Quãng đường vận hành độc lập khi chạy bằng điện là 60 km với 4 bình ắc quy N12 V - 35 AH. Khi chạy bằng LPG, với bình chứa nhiên liệu 1 kg, xe chạy được khoảng 100 km. Như vậy khi nạp đầy ắc quy và bình chứa LPG, quãng đường hoạt động độc lập của xe khoảng 160 km. Khi chạy điện, xe không gây ô nhiễm tại nơi sử dụng. Khi chạy LPG, mức độ phát thải các chất ô nhiễm giảm đi 80% so với khi chạy bằng xăng (còn bằng 25% so với khi chạy bằng xăng). Vì vậy xe gắn máy chạy bằng xăng thỏa mãn tiêu chuẩn EURO II, khi chuyển sang chạy bằng LPG có thể đạt tiêu chuẩn EURO IV. Xe gắn máy hybrid bình thường chạy bằng điện, khi cần thiết động cơ nhiệt hoạt động ở chế độ định mức nên mức độ phát ô nhiễm thấp. Tuy chưa có điều kiện thử nghiệm ô nhiễm nhưng trên cơ sở phân tích như trên có thể dự đoán xe gắn máy hybrid điện - LPG có thể thỏa mãn dễ dàng tiêu chuẩn phát thải EURO IV (hiện nay nước ta đang áp dụng tiêu chuẩn EURO II).

ANH THƯ