Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 171 Đối với xe bus hoạt động trong thành phố, vùng nhạy cảm đối với vấn đề ô nhiễm, việc trang bị hệ thống lọc bồ hóng là cần thiết cho dù giá thành của nó còn cao, nếu không, những nguồn năng lượng cạnh tranh (khí, điện) sẽ làm mất đi vị trí độc tôn của động cơ Diesel lắp trên chủng loại ô tô này. Về phương diện hiệu suất, động cơ Diesel phun trực tiếp có suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn động cơ phun gián tiếp khoảng 15%. Ưu điểm này chắc chắn sẽ được khai thác triệt để trong quá trình phát triển của loại động cơ Diesel. Đồng thời, trong tương lai gần đây, nó cũng thừa hưởng những tiến bộ mới về động cơ Diesel nói chung hiện đang được nghiên cứu và phát triển. Sau đây chúng ta sẽ đề cập đế n một vài tiến bộ có thể được áp dụng. Những tiến bộ này đặc biệt liên quan đến động cơ Diesel lắp trên xe du lịch nhưng chúng cũng có thể được áp dụng đối với ô tô tải. Các nghiên cứu cải thiện động cơ Diesel trước hết liên quan đến việc hoàn thiện kĩ thuật phun, đặc biệt là việc áp dụng kĩ thuật phun điều khiển điện tử cho phép nâng cao momen và công suất, giảm ồn, giảm ô nhiễm Các cải tiến này sẽ liên quan chủ yếu đến áp suất phun, dạng quy luật phun và độ chính xác của lượng nhiên liệu phun. Hình 9.6: Ảnh hưởng của áp suất phun đến quan hệ NO x /bồ hóng Một ví dụ điển hình về các kĩ thuật phun mới là sự phát triển hệ thống ‘ray chung’ (common-rail). Trong hệ thống này, áp suất phun có thể được modun hóa một cách tùy ý theo tải và theo tốc độ động cơ. Nói chung, áp suất phun trong trường hợp này cao hơn nhiều so với áp suất phun trong hệ thống cổ điển, nhất là khi đầy tải và tốc độ cao. Theo kĩ thuật này, nhiên liệu được phun với áp suất cao trong thời gian ngắ n. Điều này cho phép hạn chế sự phát sinh hạt bồ hóng nhưng lại làm gia tăng lượng NO x . Mức độ phát sinh b ồ hóng (tương đối) Áp su ấ t p hun Mức độ phát sinh NOx (tương đối) Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 172 Khi động cơ làm việc ở chế độ tốc độ thấp và tải cục bộ, có hai xu hướng nghiên cứu. Hướng phổ biến nhất là ưu tiên cho hiệu suất cao; nhiên liệu được phun dưới áp suất rất cao làm tăng momen của động cơ so với động cơ cùng cỡ sử dụng hệ thống phun cổ điển. Hướng thứ hai là giảm mạnh áp suất phun khi động cơ làm việc ở các chế độ này để làm giảm sự phát sinh NO x . Nói chung sự tối ưu giữa nồng độ NO x và bồ hóng luôn luôn có lợi khi áp suất phun cao (hình 9.6). Việc sử dụng hệ thống ‘ray chung’ cũng thuận lợi cho việc lắp đặt hệ thống phun mồi. Sự phun trước một lượng nhỏ nhiên liệu sẽ làm giảm tốc độ tỏa nhiệt ban đầu do giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng cháy trong giai đoạn cháy trễ. Kết quả là nồng độ NO x và tiếng ồn giảm đi đáng kể mà không làm tăng lượng bồ hóng. Tính mềm dẻo rất lớn của hệ thống phun mới này kết hợp với hệ thống hồi lưu khí xả cho phép đạt được tỉ lệ tối ưu nhất giữa nồng độ NO x và bồ hóng ở mọi chế độ làm việc đồng thời nó cũng giúp cải thiện tính năng kinh tế-kĩ thuật của động cơ. Tuy nhiên, do tính phức tạp nên hệ thống này hiện nay vẫn chưa được áp dụng rộng rãi. Sự gia tăng số lượng soupape ở mỗi cylindre cũng như sử dụng hệ thống tăng áp làm tăng lượng không khí nạp cho mỗi chu trình, đó là những biện pháp làm tăng công suất và momen của động cơ. Việc áp dụng kĩ thuật hồi lưu khí xả khi động cơ làm việc ở tải cục bộ sẽ được áp dụng rộng rãi trên động cơ của các chủng loại ô tô khác nhau để làm giảm NO x nhằm thỏa mãn các quy định của luật môi trường. Cuối cùng, kĩ thuật điều khiển điện tử các đối với sự hoạt động của các hệ thống động cơ (hệ thống phun, hệ thống hồi lưu khí xả ) sẽ thay thế kỹ thuật điều khiển cơ khí nhằm làm tăng độ nhạy và tính mềm dẻo của các hệ thống. Các tiến bộ kĩ thuật vừa nêu không chỉ liên quan duy nhất đến động cơ Diesel phun trực tiếp mà phần lớn những kĩ thuật này cũng có thể được áp dụng đối với động cơ có buồng cháy dự bị và phun gián tiếp. Vì vậy, động cơ phun gián tiếp cũng sẽ được tiếp tục cải tiến trong tương lai. 9.2. Các kĩ thuật mới đối với động cơ 2 kì Chúng ta sẽ khảo sát sau đây những kĩ thuật đang được nghiên cứu mạnh mẽ ngày nay nhằm nâng cao tính năng kinh tế-kĩ thuật và giảm mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ xăng 2 kì để có thể sử dụng chúng trên ô tô. Động cơ 2 kì ngày nay được dùng phổ biến trên xe máy, tàu thể thao, các động cơ gia dụng (máy cắt cỏ, máy cày ). Trong các lĩnh vực này, động cơ 2 kì có thế mạnh rõ rệt về công suất riêng và sự gọn nhẹ. Tuy nhiên loại động cơ này có nhược điểm là hiệu suất thấp và mức độ phát sinh ô nhiễm cao, đặc biệt là CO, HC. Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 173 Những nghiên cứu được thực hiện trong những năm gần đây để cải thiện động cơ 2 kì, đặc biệt là kĩ thuật phun trực tiếp nhiên liệu, đã cho phép nâng cao tính năng động cơ không những cho các mục đích sử dụng truyền thống (mô tô, máy móc gia dụng, hàng hải) mà còn được phát triển để sử dụng trên ô tô. 1. Tóm tắt nguyên lí làm việc của động cơ 2 kì đánh lửa cưỡng bức Động cơ 2 kì cổ điển thường sử dụng hỗn hợp được chuẩn bị từ bên ngoài động cơ nhờ bộ chế hòa khí. Chu trình công tác bao gồm các quá trình nạp, nén, cháy, giãn nở và thải. Tất cả các quá trình này chỉ thực hiện trong 1 vòng quay trục khuỷu thay vì 2 vòng như ở động cơ 4 kì. Hình 9.7 trình bày tóm tắt sơ đồ nguyên lí làm việc của động cơ 2 kì nén khí nhờ carter. Kĩ thuật này hiện nay th ường được dùng nhất trên động cơ cỡ nhỏ. Hình 9.7: Nguyên lí làm việc của dộng cơ 2 kì Cylindre động cơ có 3 cửa, được gọi là cửa nạp, cửa thải và cửa quét. Đó là những lỗ có kích thước chuẩn giữ vai trò tương tự như các soupape ở động cơ 4 kì. Khi piston chuyển động lên xuống, các lỗ đó sẽ đóng mở theo quy luật định trước. Mặt khác, hỗn hợp N ạp 1. Nén trong cylindre và nạp vào 2. Cháy và dãn nở Thải Thải Đường thông 3. Thải, quét khí 4. Thải và nén Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 174 nhiên liệu không khí trước khi đưa vào cylindre được chuyển vào carter nhờ độ chân không tạo ra khi piston đi lên. Chu trình làm việc của động cơ bao gồm các giai đoạn sau: . Piston đi lên, nén hỗn hợp và nạp hỗn hợp nhiên liệu không khí mới vào carter. . Cháy, giãn nở và thải. . Cuối kì giản nỡ, cửa quét mở, hỗn hợp khí mới từ carter đi vào cylindre và đẩy khí cháy ra ngoài. Đây là giai đoạn quét khí mà sự hoàn thiện của nó quyết định tính năng kinh tế-kĩ thuật của động cơ 2 kì. . Đóng cửa quét và thải sau đó bắt đầu lại kì nén. 2. Các thành tựu mới trong nghiên cứu động cơ 2 kì Động cơ 2 kì thế hệ mới sử dụng kĩ thuật phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy. Kĩ thuật này cho phép hạn chế sự thất thoát nhiên liệu ra ngoài theo theo khí xả trong giai đoạn quét khí do đó, một mặt làm tăng tính kinh tế của động cơ và mặt khác, làm giảm nồng độ HC trong khí xả. Hình 9.8: Động cơ 2 kì IAPAC lắp trên ô tô Hình 9.9: So sánh hai ô tô có cùng công suất khi sử dụng động cơ 2 kì IAPAC và động cơ 4 kì Hai kĩ thuật mới đang được quan tâm nhất: Vòi phun áp suất thấp thông thường Th ể tích chứa khí nén Đường chuy ể n khí với tiết diện thay đổi Cân bằng nhờ trục cam IAPAC Soupape IAPAC N ến đánh lửa Làm mát Piston có bản phản xạ Đường thải Van một chiều Momen cực đại (Nm) 135-2000 v/ p hú t Tiêu hao nhiên liệu (l/100km) Động cơ 4 kì (4 xy lanh, 1360cm 3 ) Động cơ IAPAC 2 kì (3 xy lanh, 1230cm 3 ) Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 175 . Phun nhiên liệu lỏng dưới áp suất cao được các nhà chế tạo ô tô PSA và Renault (Pháp), Chrysler (Mỹ), Subaru (Nhật) đặc biệt quan tâm. . Phun nhiên liệu bằng khí nén được Hãng Orbital (Úc) và Viện Quốc gia Dầu mỏ Pháp IFP nghiên cứu. Kĩ thuật phun nhiên liệu bằng không khí nén được tóm tắt như sau: Nhiên liệu được dẫn tới ngay trước soupape bởi một vòi phun cổ điển dạng áp suất thấp (hình 9.8). Trong giai đoạn mở soupape, một hỗn hợp giàu không khí nhiên liệu được phun rất tơi trực tiếp vào buồng cháy dưới áp suất thấp. Sự phun nhiên liệu bằng khí nén cho phép đạt được tia phun với những hạt nhiên liệu rất bé và được phân bố hợp lí trong buồng cháy. Sự phun nhiên iệu bằng khí nén có thể được thực hiện một cách độc lập so với kì quét khí. Điều này cho phép hạn chế tối đa sự lọt nhiên liệu theo khí xả. Khí thải động cơ 2 kì thế hệ mới chứa ít NO x do sự kết hợp của nhiều yếu tố khác nhau. Trước hết, động cơ 2 kì không bị cường hóa như động cơ 4 kì cùng công suất. Mặt khác, những thành tựu mới đang được phát triển cho phép động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo và cho phép hồi lưu một bộ phận khí xả lớn hơn. Vì vậy, chỉ cần sử dụng bộ xúc tác oxy hóa cũng đủ để đạt được mức độ ô nhiễm (CO, HC, NO x ) trong giới hạn cho phép dự kiến áp dụng vào năm 2000. Hình 9.9 so sánh mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ 4 kì và động cơ 2 kì hiện đại (IAPAC) (Injection Assistée Par Air Comprimé). Kết quả này cho thấy động cơ 2 kì mới này có tính ưu việt đáng kể về mức độ phát sinh ô nhiễm (CO, HC, NO x ). Mặt khác việc sử dụng động cơ này trên ô tô còn cho phép giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 17% và tăng momen lên khoảng 20% ở tốc độ thấp và trung bình so với động cơ 4 kì. Nói chung động cơ 2 kì thế hệ mới thỏa mãn được những quy định khắt khe nhất của luật môi trường hiện nay và từ năm 1994 người ta đã chế tạo được những động cơ 2 kì thỏa mãn được tiêu chuẩn ULEV. Tuy nhiên động cơ 2 kì còn cần phải vượt qua những chướng ngại khác để qua mặt các loại động cơ cạnh tranh với nó. Trước hết là giảm tiếng ồn và sau đó là giải quyết vấn đề bôi trơn cho động cơ. Giải quyết triệt để các vấn đề này sẽ làm tăng khả năng ứng dụng rộng rãi của động cơ 2 kì trên các phương tiện vận tải. 3. Tương lai của động cơ 2 kì: Cho tới nay, việc áp dụng động cơ 2 kì trên ô tô vẫn còn đang ở bước chờ đợi nhưng trên mô tô, chắc chắn rằng kĩ thuật động cơ 2 kì cổ điển sẽ được thay thế bởi kĩ thuật phun trực tiếp. Những mô tô hai kì thế hệ mới này chắc chắn sẽ chiếm lĩnh những thị trường đầy tiềm năng như Đông nam Á, Trung Quốc. Ở một số quốc gia trong khu vực này, số lượng xe máy tăng hơn 10% mỗi năm và chúng tiêu thụ hơn 50% lượng nhiên liệu sử dụng trong nước. Các động cơ hai kì kiểu cũ lắp trên mô tô thải ra khí trời từ 30-40% lượng nhiên liệu nạp vào buồng cháy. Thông thường mô tô nhỏ tiêu thụ từ 2 đến 4 lít trên 100km. Mức tiêu thụ này không khác mấy so với ô tô hiện đại công suất nhỏ. Tuy nhiên nếu dùng động cơ 2 kì thế hệ mới suất tiêu hao nhiên liệu có thể giảm từ 30 đến 50%. Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 176 9.3. Động cơ 4 kì đánh lửa cưỡng bức phun trực tiếp Phun trực tiếp nhiên liệu vào trong buồng cháy cho phép động cơ 4 kì đánh lửa cưỡng bức làm việc với hỗn hợp rất nghèo (φ = 0,3 - 0,4). Tổn thất áp suất trên đường nạp rất bé, có khi thể bỏ qua trong toàn bộ phạm vi hoạt động của động cơ từ không tải đến toàn tải. Ngoài việc giảm tổn thất bơm, việc áp dụng kĩ thuật phun trực tiếp cho phép tăng độ chính xác trong việc định lượng nhiên liệu và cải thiện điều kiện cháy ở chế độ tải thấp. Nói chung, kĩ thuật này cho phép làm tăng hiệu suất động cơ. Giống như đối với động cơ phun gián tiếp, quá trình cháy của hỗn hợp nghèo chỉ được quan tâm khi động cơ làm việc ở tải cục bộ và tốc độ thấp. Trong những điều kiện đó sự phân lớp mạnh độ đậm đặc cho phép động cơ làm việc tốt ở hỗn hợp rất nghèo. Điều này được thực hiện nhờ giảm góc phun sớm (khi piston đi lên) do đó hạn chế sự khuếch tán của không khí vào tia nhiên liệu. Ở chế độ đầy tải và tốc độ cao, nhiên liệu được phun vào buồng cháy rất sớm, ngay trong giai đoạn nạp sao cho hỗn hợp nhiên liệu không khí với độ đậm đặc φ = 1 có thời gian phân bố đồng đều trong không gian buồng cháy. Hình 9.10: Nguyên lí làm việc của động cơ Toyota D-4 Năm 1996, hãng Mitshubishi đã thương mại hóa ô tô lắp động cơ phun xăng trực tiếp. Động cơ này có đặc điểm là dạng đường nạp được thiết kế đặc biệt, vị trí lắp đặt hợp lí phối hợp với mặt phản xạ trên đỉnh piston, tạo thuận lợi cho sự phân lớp độ đậm đặc theo sự chuyển động của dòng khí. Nhiên liệu được phun với áp suất cao (50bar). Sự bay hơi nhiên liệu lỏng dẫn đến giảm nhiệt độ khí nạp do đó có thể sử dụng tỉ số nén của động cơ cao hơn so với động cơ cổ điển (có thể nâng tỉ số nến lên đến 12). Do đó, hiệu suất động cơ gia tăng và suất tiêu hao nhiên liệu có thể giảm đến 25%. Bướm kh ố ng ch ế mức độ xoáy lốc ở trạng thái đóng Bướm kh ố ng ch ế mức độ xoáy lốc ở trạng thái mở Tải thấp và tải trung bình (phun trễ) Tải lớn Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 177 Người ta cũng có thể phân lớp hỗn hợp trong buồng cháy theo sự dịch chuyển của các vùng xoáy lốc. Phương án này được áp dụng trên động cơ mẫu D-4 do hãng Toyota sáng chế. Các giai đoạn công tác của động cơ được giới thiệu trên hình 9.10. Khi động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo, sự phân lớp được thực hiện nhờ tiết lưu một trong hai ống nạp và nhờ thiết kế hợp lí của ống nạp còn lại. 9.4. Quan hệ tối ưu mới giữa tính năng kinh tế-kĩ thuật và mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ Có thể trong tương lai yếu tố quyết định đến mức độ ô nhiễm trong khí xả của động cơ là NO x . Nếu chúng ta thể hiện tính năng của động cơ và ô tô tương lai theo các đặc trưng về mức độ phát sinh NO x và suất tiêu hao nhiên liệu thì chúng ta có thể thể hiện vị trí của các đặc trưng này đối với các loại động cơ khác nhau như hình 9.12. Sự thể hiện này có tính gần đúng vì nó chưa xét đến những cải tiến trong tương lai. Tuy nhiên dẫu sao nó cũng giúp chúng ta xác định được các khuynh hướng về sự phát triển động cơ: . Động cơ Diesel và động cơ xăng làm việc với hỗn hợp nghèo (phun trực tiếp hay gián tiếp) có bất lợi tương đương về phương diện phát sinh NO x . . Sự hứa hẹn của động cơ 2 kì thế hệ mớI . Động cơ đánh lửa cưỡng bức làm việc với hỗn hợp cháy hoàn toàn lí thuyết có mức độ phát sinh ô nhiễm rất thấp nhưng suất tiêu hao nhiên liệu cao. Một khuynh hướng khác cho rằng một khi các loại động cơ có trang bị hệ thống xử lí ô nhiễm trên đường xả thì chúng đều thỏa mãn luật môi trường và khi đó người ta so sánh tính năng kinh tế-kĩ thuật của động cơ dựa trên mức tiêu thụ năng lượng, công suất riêng và giá thành. Hình 9.12 cho thấy việc áp dụng các kĩ thuật tiên tiến nhất hiện nay cho phép làm tăng thêm hiệu suất động cơ khoảng 30%. Động cơ 2 kì có khả năng tăng thêm 40% công suất riêng, có tính năng kĩ thuật tốt nhất. N O x (g/dậm) 1,5 1,0 0,5 4 5 6 7 8 9 10 SuÊt tiởu hao nhiởn liơu ( lÝt/100 km ) Phun xÙng trùc tiỏp GDI, Diesel 4kÈ XÙng, hçn hîp nghỉo ẽ tội côc bé, f =1 khi toÌn t ội XÙng 2kÈ XÙng 4 kÈ, f =1 Tiởu chuẻn Hoa KÈ 1991 Tiởu chuẻn Hoa KÈ ULEV DI IDI Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 178 Hình 9.11: Quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu và sự phát sinh NO x đối với các loại động cơ khác nhau (dung tích xy lanh 1,5-1,8 lít) 9.5. Nhiên liệu tái sinh Rất khó mà dự đoán được tỉ lệ nhiên liệu tái sinh trong toàn bộ năng lượng tiêu thụ cho giao thông vận tải đến thập niên đầu của thế kỷ 21. Những yếu tố có thể ảnh hưởng đến tình trạng này là: . Tính khắt khe của luật về môi trường, mức độ tiêu thụ năng lượng, mức độ thải các chất khí gây hiệu ứng nhà kính . Các điều kiện về c ơ sở vật chất phục vụ giao thông . Tâm lí của người sử dụng Ở Hoa Kì, theo dự báo, trong số những sản phẩm không truyền thống thì khí dầu mỏ hóa lỏng LPG và khí thiên nhiên NGV sẽ chiếm ưu thế với mức độ tiêu thụ theo thứ tự khoảng 2 và 3% tổng lượng xăng tiêu thụ năm 2010. Tuy nhiên tình trạng giao thông ở Hoa Kì rất đặc biệt (xăng chiếm đại bộ phận trên thị tr ường nhiên liệu, luật môi trường rất khắt khe) nên không thể tổng quát hóa dự báo này cho những khu vực khác trên thế giới. Nhiên liệu sinh học chỉ được sử dụng ở một vài khu vực trên thế giới (Châu Âu, Mĩ, Brazil và Châu Phi). Ở Châu Âu người ta dự kiến sử dụng đất nông nghiệp để sản xuất nhiên liệu sinh học với mục tiêu là thay thế được 5% tổng lượng nhiên liệu truyền thống trong tương lai. Khí thiên nhiên có trữ lượng rất lớn và được phân bố hầu khắp trên các châu lục nên nó là nguồn nhiên liệu dồi dào cho ô tô. Tuy nhiên yếu tố quyết định cho việc phổ Lợi hay thiệt công suất riêng (%) Xăng 2 kì, phun trực tiếp Xăng 4 kì, hỗn hợp nghèo Xăng 4 kì, f=1,phun gián tiếp Diesel phun trực tiếp Ô tô trung bình năm 1994, Xăng, f=1, 65kW Lợi suất tiêu hao nhiên liệu (%) PTT PGT 1995 2000 Hình 9.12: Lợi về công suất và suất tiêu hao nhiên liệu đối với động cơ đốt trong tương lai Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 179 biến rộng rãi ô tô dùng khí thiên nhiên là lợi ích thực sự của chúng (tính năng kinh tế-kĩ thuật, vần đề ô nhiễm môi trường), tâm lí của người sử dụng (mức độ an toàn), việc xây dựng hạ tầng cơ sở phục vụ cho ô tô sử dụng khí thiên nhiên (xem chương 8). Người ta dự đoán ở Mĩ vào năm 2010 sẽ có khoảng 25% ô tô sử dụng NGV. Methanol dường như không có nhiều hứa hẹn trở thành nhiên liệu thay thế. Trên đây chúng ta đã đề cập đến ưu thế của LPG như là nhiên liệu tái sinh và đặc biệt nhấn mạnh sự phổ biến rộng rãi của chúng ở một số vùng trên thế giới (Hà Lan, Ý, Viễn Đông). Trên phạm vi toàn cầu, việc sử dụng LPG cho ô tô chiếm khoảng 3% lượng nhiên liệu lỏng truyền thống trong tương lai gần. 9.6. Ô tô dùng điện Hình 9.13 biểu diễn sự phát triển dự kiến hàng năm của ô tô dùng điện đến năm 2010 ở Châu Âu, Châu Mĩ và Nhật Bản. Người ta ước tính chừng 2 triệu ô tô điện được sản xuất hàng năm ở ba khu vực nói trên. Tuy thị trường ô tô điện có giá trị tuyệt đối đáng kể nhưng chỉ chiếm tỉ lệ rất thấp (khoảng 3%) so với ô tô cổ điển dùng động cơ nhiệt. Về mặt kĩ thuật, hiện nay ô tô chạy điện có 2 nhược điểm quan trọng đó là năng lượng dự trữ thấp (khoảng 100 lần thấp hơn ô tô dùng động cơ nhiệt truyền thống) và giá thành ban đầu cao hơn (khoảng 30-40% cao hơn so với ô tô dùng động cơ nhiệt). Những chướng ngại khác cần được giải quyết để đưa ô tô chạy điện vào ứng dụng trong thực tế một cách đại trà là khả năng gia tốc, thời gian nạp điện, vần đề sưởi và điều hòa không khí trong ô tô. Hình 9.13: Dự báo số lượng ô tô điện đến năm 2010 Khả năng hoạt động độc lập của ô tô vì vậy có thể tăng từ 80km (giá trị này hiện nay chưa thỏa mãn người tiêu dùng) đến 300 thậm chí 500km trong tương lai. Khoảng 0 200 400 600 800 1000 1200 1995 2000 2005 2010 Những tiến bộ quan trọng gần đây về tính năng kĩ thuật của bình điện có nhiều hứa hẹn sẽ được áp dụng trong những năm tới. Khả năng chứa điện tăng từ 35-50Wh/kg đối với bình điện chì a-xít hay nickel- cadmium đến 70Wh/kg đối với bình điện Ni-MH (hydrure ki m loại) và tăng đến 160Wh/kg đối với bình điện Lithium dưới dạng ion hay polymère. S ố ô tô bán đ ư ợc ( 1000chi ế c/năm ) Hoa kì Châu Âu Nhật Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 180 đường hoạt động độc lập này có thể chấp nhận được đối với ô tô hoạt động trong thành phố hay vùng ven đô. Hiện nay người ta cũng quan tâm nghiên cứu những ô tô vừa hoạt động bằng nhiệt, vừa hoạt động bằng điện. Khi chạy với tải và tốc độ cao, ô tô sử dụng động cơ nhiệt còn khi chạy trong thành phố, ô tô dùng động cơ điện. Về phương diện ô nhiễm, ô tô chạy điện rất lí tưởng về giới hạn mức độ gây ồn cũng như không phát sinh các chất gây ô nhiễm thông thường như bồ hóng và các chất độc dạng khí khác. Ô tô điện được xếp vào loại ô tô sạch (ZEV: Zero Emission Vehicles). Tuy nhiên, kĩ thuật sản xuất điện năng hiện nay đều ít nhiều gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nhiệt đ iện. Mức độ phát ô nhiễm của phương pháp sản xuất điện năng này phụ thuộc vào những đặc tính của nhiên liệu sử dụng cũng như công nghệ xử lí chất thải. Kĩ thuật sản xuất điện năng rất đa dạng ở các quốc gia khác nhau (77% điện năng ở Pháp được sản xuất bằng năng lượng nguyên tử, 53% điện năng ở Đức được sản xuất bằng than ). Đó là yếu tố quan trọng cần được quan tâm khi xem xét tính ô nhiễm của ô tô dùng điện. Về phương diện phát sinh những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, ô tô dùng điện đương nhiên có lợi thế hơn so với ô tô dùng động cơ nhiệt. Tuy nhiên lợi thế này ít hay nhiều còn phụ thuộc loại nhiên liệu dùng trong sản xuất điện năng. So với nhiên liệu truyền thống, mức độ có lợi (tính theo CO 2 tương đương trên 1km) lên đến khoảng 90% đối với điện sản xuất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản xuất điện bằng nhiên liệu và gần như không lợi gì khi sản xuất điện bằng than. Sự thâm nhập ô tô điện vào cuộc sống của nhân loại ngay cả theo nhịp độ trình bày trên hình 8.12 phải chăng là một nhân tố góp phần cải thiện đáng kể vần đề ô nhiễm môi trường đô thị? Câu hỏi này cần có thời gian để suy nghĩ. Thật vậy, khi một ô tô điện được đưa vào hoạt động nó sẽ thay thế một ô tô dùng động cơ nhiệt được xử lí ô nhiễm triệt để với những thành tựu của công nghệ hiện đại. Vì vậy mức độ lợi về mặt ô nhiễm khi dùng động cơ điện sẽ không đáng kể, chắc chắn là ít có lợi hơn khi thay ô tô cũ bằng ô tô mới dùng động cơ nhiệt. Ở đây chúng ta không muốn làm hẹp cánh cửa đã mở ra đối với ô tô điện vào những năm đầu của thế kỉ 21 mà sự phát triển của nó đi theo những sự cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng về công nghệ. Tuy nhiên, sự phát triển của ô tô này cũng không cho phép giải quyết một cách nhanh chóng vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị vì không thể xây dựng toàn bộ cơ cấu hạ tầng cơ sở phục vụ chúng trong một thời gian ngắn. Ô tô chạy điện trong giai đoạn đầu sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề tâm lí xã hội. Thật vậy, sự hạn chế tính năng kĩ thuật cũng như bán kính hoạt động của ô tô, trở [...]...Chương 9: Xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường ngại trong vấn đề nạp điện, khả năng sử dụng các dịch vụ tự phục vụ sẽ góp phần làm thay đổi thói quen của người dùng và có thể dần dần làm thay đổi cách sống 181 . theo theo khí xả trong giai đoạn quét khí do đó, một mặt làm tăng tính kinh tế của động cơ và mặt khác, làm giảm nồng độ HC trong khí xả. Hình 9.8: Động cơ 2 kì. phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 176 9.3. Động cơ 4 kì đánh lửa cưỡng bức phun trực tiếp Phun trực tiếp nhiên liệu vào trong buồng cháy cho phép động cơ 4 kì đánh. tế-kĩ thuật và mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ Có thể trong tương lai yếu tố quyết định đến mức độ ô nhiễm trong khí xả của động cơ là NO x . Nếu chúng ta thể hiện tính năng của động