Tiểu luận nhiên liệu thay thế

động cơ điện, nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong. tiểu luận sử dụng động cơ điện thay thế cho động cơ đốt trong. tiểu luận được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu về nhiên liệu để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch vốn ô nhiễm và đang dần cạn kiệt

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại 4.0 hiện nay, nhu cầu về vật chất và tinh thần ngày càng tăng kéo theo

đó vật giá càng leo thang, đặc biệt là giá nhiên liệu và thực phẩm

Và ở thời điểm mà mọi người hiện nay ít nhất mỗi gia đình đều có một chiếc xe máyhoặc thậm chí ô tô thì nhiên liệu lại đang trở thành một phần thiết yếu của mọi người hiệnnay Thực trạng hiện nay, các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần bị khai thác cạnkiệt, các vấn nạn môi trường, biến đổi khí hậu, càng trở nên trầm trọng; trong sự xungđột của Ukraine và Nga đã làm dấy lên làn sóng tăng mạnh giá nhiên liệu trên toàn thếgiới thì việc giải quyết vấn đề về nhiên liệu ngày càng quan trọng để đáp ứng nhu cầu về

di chuyển của con người Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã nghỉ ra mộtphương án đó là thay thế nguồn nhiên liệu hiện tại trên động cơ (xăng, dầu diesel, ) bằngcác nguồn nhiên liệu thay thế khác (nhiên liệu pha ethanol, nitơ hóa lỏng, ) nhưng vẫncòn nhiều khó khăn và đang hoàn thiện nhưng đây là một trong những phương án tối ưunhất hiện tại

Hiện nay, động cơ điện được sử dụng cực kì rộng rãi trong hầu hết mọi lĩnh vực củađời sống hàng ngày, từ các thiết bị cơ điện gia dụng (như quạt điện, máy giặt, ) cho đếncác máy móc dùng trong các ngành sản xuất và xây dựng (như các máy công cụ, máy nénkhí, máy bơm, máy xây dựng (với các máy hoạt động bằng điện như máy uốn thép máytrộn bê tông, , máy may, ); cũng như một số phương tiện giao thông (các phương tiệngiao thông xanh (hay còn gọi là các phương tiện giao thông không phát thải) như xe đạpđiện, xe máy điện, ô tô điện và thậm chí có cả máy bay điện: các phương tiện hybrid (sửdụng kết hợp động cơ điện với động cơ đốt trong) như ô tô hybrid hay một số tàu thủy) vàcác thiết bị vận chuyển (thang máy, thang cuốn, băng tải), với sự đa dạng về mẫu mã,chủng loại, thương hiệu và kích thước Động cơ điện được xem như là biểu tượng vĩ đạinhất của quá trình "điện khí hóa" lĩnh vực sản xuất diễn ra trong cuộc Cách mạng côngnghiệp lần thứ hai Chúng thay thế cho các hệ thống dẫn động bằng dây đai từ các máyhơi nước (hoặc các bánh xe nước) tới các máy làm việc trong các phân xưởng sản xuất

Với sự phát triển không ngừng, hiện nay động cơ điện ngày càng đóng vai trò đặc biệtquan trọng và không thể thiếu đối với ngành công nghiệp ô tô hiện đại Động cơ điệnthường được sử dụng trong xe điện hoặc xe hybrid Xe điện sử dụng động cơ điện chủ yếuchuyển động nhờ sử dụng nguồn năng lượng điện từ pin hoặc nguồn điện ngoại vi Còn

xe hybrid kết hợp giữ động cơ xăng dầu và động cơ điện để tối ưu hóa điện năng và giảmtiêu thụ nhiên liệu Động cơ điện trong ô tô hiện đại đang ngày càng phát triển theo chiềuhướng tích cực, nó giúp giảm lượng khí thải, tăng hiệu suất và đưa ra trải nghiệm lái xethân thiện với môi trường

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 3

CHƯƠNG 1 CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU TRÊN Ô TÔ HIỆN NAY 5

1.1 Nhiên liệu hóa thạch 5

1.1.1 Xăng 5

1.1.2 Dầu diesel 5

1.2 Nhiên liệu thay thế trên động cơ 6

1.2.1 Khí hidro 6

1.2.2 Khí thiên nhiên CNG 6

1.2.3 Biodiesel 7

1.2.4 Ethanon từ cây ngô 7

1.2.5 Rác thải 7

1.2.6 Propane 7

1.2.7 Methanon 8

1.2.8 Điện 8

1.3 Công dụng nhiên liệu thay thế trên động cơ 8

1.4 Ưu nhược điểm của NLTT 8

1.4.1 Ưu điểm 8

1.4.2 Nhược điểm 9

CHƯƠNG 2 ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRÊN Ô TÔ 10

2.1 Động cơ điện trên ô tô 10

2.2 Các loại động cơ điện ô tô thông dụng 10

2.2.1 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ( PMSM ) 10

2.2.2 Động cơ cảm ứng AC 11

2.2.3 Động cơ DC không chổi than ( BLDC) 11

2.2.4 Động cơ miễn cưỡng chuyển mạch (SRM) 11

2.2.5 Động cơ nam châm vĩnh cửu bên trong ( IMP ) 11

2.2.6 Động cơ thông lượng hướng trục ( AFM ) 11

2.2.7 Động cơ cảm biến tuyến tính ( LIM ) 12

2.3 Hệ thống điều khiển động cơ 12

2.3.1 Khái niệm 12

2.3.2 Lý thuyết căn bản 12

2.3.3 Các thông tin liên lạc giữa ECU với các bộ phận chấp hành khác 13

2.4 Thách thức và triển vọng phát triển 15

2.4.1 Những thách thức hiện nay của động cơ điện trong ô tô 15

2.4.2 Triển vọng phát triển và cải tiến dự kiến 15

2.4.3 Thành tựu ô tô sử dụng động cơ điện 17

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

CHƯƠNG 1 CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU TRÊN Ô TÔ HIỆN NAY 1.1 Nhiên liệu hóa thạch

1.1.1 Xăng

Xăng hay Ét xăng (tiếng Pháp: essence) là một chất lỏng dễ cháy có nguồn gốc từdầu mỏ, được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu trong hầu hết các động cơ đốt trong Nóbao gồm chủ yếu là các hợp chất hữu cơ thu được từ quá trình chưng cất phân đoạndầu mỏ, được tăng cường với nhiều loại phụ gia

Đặc tính của hỗn hợp xăng đặc biệt để chống cháy quá sớm (nguyên nhân gây ra hiệntượng kích nổ máy và làm giảm hiệu quả trong động cơ piston) được đo bằng chỉ sốoctane, được sản xuất theo nhiều cấp độ Sau khi được sử dụng rộng rãi để tăng chỉ sốoctane, chì ê-ty-len (dùng chống kích nổ) và các hợp chất chì khác không còn được sửdụng ở hầu hết các lĩnh vực (chúng vẫn được sử dụng trong hàng không và đua xe hơi).Các hóa chất khác thường được thêm vào xăng để cải thiện tính ổn định và hiệu suất củahóa chất, kiểm soát sự ăn mòn và cung cấp hệ thống làm sạch nhiên liệu Xăng có thểchứa các hóa chất chứa oxy như ethanol, MTBE hoặc ETBE để cải thiện quá trình đốtcháy

Xăng có thể xâm nhập vào môi trường không có tổ chức, cả dưới dạng lỏng và hơi, do

rò rỉ và xử lý trong quá trình sản xuất, vận chuyển và giao hàng (ví dụ: từ bể chứa, từ sự

cố tràn, v.v.) Là một ví dụ về các nỗ lực kiểm soát rò rỉ như vậy, nhiều bể chứa dưới lòngđất được yêu cầu phải có các biện pháp rộng rãi để phát hiện và ngăn chặn rò rỉ đó Xăngchứa benzen và các chất gây ung thư được biết đến khác

1.1.2 Dầu diesel

Dầu diesel, còn gọi là dầu gazole, là một loại nhiên liệu lỏng, sản phẩm tinh chế từ dầu

mỏ có thành phần chưng cất nằm giữa dầu hỏa (kesosene) và dầu bôi trơn công nghiệp(lubricating oil) Chúng thường có nhiệt độ bốc hơi từ 175 đến 370 độ C Các nhiên liệuDiesel nặng hơn, với nhiệt độ bốc hơi 315 đến 425 độ C

Dầu Diesel được đặt tên theo nhà sáng chế Rudolf Diesel, và có thể được dùng trongloại động cơ đốt trong mang cùng tên, động cơ Diesel.

1.2 Nhiên liệu thay thế trên động cơ

Nhiên liệu thay thế là những nhiên liệu có thể thay thế cho nhiên liệu hiện tại, nhằm tối

ưu một vấn đề nào đó, có thể được áp dụng hoặc mang tính tương lai

Phương tiện và các máy móc khác có thể được chế tạo để lấy năng lượng từ quá trìnhđốt cháy hydrocarbon trong nhiên liệu hóa thạch, theo truyền thống, hoặc chúng có thểđược chế tạo để dựa vào các hóa chất và đầu vào khác

Thuật ngữ "nhiên liệu thay thế" được đặt ra bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ trong Đạo luậtChính sách năng lượng năm 1992, và bao gồm diesel sinh học, điện, ethanol, hydro,propan và nhiên liệu vẫn đang được phát triển, được dán nhãn nhiên liệu mới nổi Cáccông nghệ "Sạch" như gió, mặt trời và thủy điện thuộc loại rộng lớn thứ hai

1.2.1 Khí hidro

Đứng trước việc dòng xe điện bị hạn chế về mặt phạm vi hoạt động do phải phụ thuộcvào các trạm sạc pin công cộng, các nhà sản xuất ô tô đang lên kế hoạch chuyển sangdùng nhiên liệu hydro Nhờ đó, xe điện có thể nạp nhiên liệu như dòng xe máy xăng/dầuthông thường Khi vào trong xe, hydro sẽ chuyển hóa năng lượng hóa học thành điện vàcung cấp cho hoạt động của chiếc xe Tất cả những gì xe thải ra trong quá trình vận hành

sẽ chỉ là nước và không gây ô nhiễm môi trường

1.2.2 Khí thiên nhiên CNG

Hiện nay, CNG đã được chứng minh là một nhiên liệu thay thế hữu ích CNG được sảnxuất bằng cách nén khí tự nhiên ở áp suất cao và không có chất gây ô nhiễm Là loạinhiên liệu không mùi và không ăn mòn, CNG hiện đã được sử dụng cho xe Khi chạybằng CNG, xe cần được trang bị bình nhiên liệu lớn Theo các nghiên cứu, CNG có thểcắt giảm 40% chi phí sản xuất và 80% khí thải Chỉ có điều, các trạm nạp nhiên liệu nàyvẫn còn rất ít và quá trình lưu trữ cũng rất nguy hiểm

1.2.3 Biodiesel

Diesel sinh học là loại nhiên liệu được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật Tuykhông chứa thành phần dầu mỏ nhưng diesel sinh học lại có thể trộn lẫn với diesel gốcdầu thông thường để trở thành nhiên liệu cho xe Diesel sinh học được đánh giá là mộtnhiên liệu sạch với mức khí thải thấp hơn nhiều so với các loại nhiên liệu thông thường

Sử dụng dầu diesel sinh học không chỉ an toàn cho môi trường mà còn mang đến ích lợicho nền kinh tế quốc gia Vì được sản xuất từ đậu tương nên diesel sinh học giúp các quốcgia giảm sự phụ thuộc vào nguồn dầu nhập khẩu

1.2.4 Ethanon từ cây ngô

Thân cây ngô, thức ăn thừa, thậm chí cả lốp xe cũ là sự kết hợp tuyệt vời để cho ra thứnhiên liệu Ethanol sinh học Trong môi trường yếm khí, dưới sức nóng vài nghìn độ C,không có ôxy, hỗn hợp này không cháy mà bị “bẻ gẫy vụn” bởi cacbon ôxít, cacbon đi-ôxít và hydro Hỗn hợp khí thu được dạng gas sạch, lạnh và chỉ cần chất xúc tác là táchđược Ethanol và nhiều loại cồn khác

1.2.5 Rác thải

Quá trình chuyển đổi rác thải thành nhiên liệu hóa lỏng được gọi là khí hóa Các hạtrắn được chuyển thành khí tổng hợp bằng nhiệt và sau đó chưng cất với ethanol Xăngcũng xuất hiện trong hỗn hợp nhiên liệu làm từ rác nhưng với lượng khá nhỏ Một sốnước trên thế giới nay đã bắt đầu sử dụng nhiên liệu từ rác thải cho xe

1.2.6 Propane

Propane là hydrocarbon nhỏ, không phân nhánh này, tồn tại ở dạng lỏng ở nhiệt độphòng; hay còn được gọi là khí hóa lỏng hoặc LPG là một sản phẩm phụ của quá trình chếbiến khí tự nhiên và tinh chế dầu thô đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ Kể từ năm

2019, chỉ có một tỷ lệ nhỏ propan được sử dụng ở Hoa Kỳ được sử dụng trong lĩnh vựcgiao thông vận tải Hiện nay đã được sử dụng rộng rãi làm nhiên liệu để nấu ăn và sưởi

ấm, propan cũng là một loại nhiên liệu thay thế phổ biến cho các phương tiện giao thông(bạn sẽ thấy nhiều chiếc xe buýt trên đường phố có gắn chữ LPG) Propane tạo ra ít khíthải hơn xăng, và cũng có một cơ sở hạ tầng rất phát triển cho việc vận chuyển, lưu trữ vàphân phối propane

1.2.7 Methanon

Metanol, còn được gọi là cồn gỗ (đây cũng là rượu, nhưng không uống được), có thểđược sử dụng làm nhiên liệu thay thế trong các phương tiện chạy bằng nhiên liệu linhhoạt được thiết kế để chạy trên M85, hỗn hợp 85% metanol và 15% xăng, nhưng các nhàsản xuất ô tô không còn sản xuất xe chạy bằng metanol nữa Tuy nhiên, methanol có thểtrở thành nhiên liệu thay thế quan trọng trong tương lai, là nguồn cung cấp hydro cần thiết

để cung cấp năng lượng cho các loại xe chạy bằng pin nhiên liệu

1.2.8 Điện

Điện có thể được sử dụng làm nhiên liệu thay thế vận tải cho các loại xe chạy bằng pin

và pin nhiên liệu Xe điện chạy bằng pin lưu trữ năng lượng và được sạc lại bằng cáchcắm xe vào nguồn điện tiêu chuẩn Xe chạy bằng pin nhiên liệu chạy bằng điện được tạo

ra thông qua phản ứng điện hóa xảy ra khi hydro và oxy kết hợp với nhau Pin nhiên liệusản xuất điện mà không cần đốt cháy hoặc gây ô nhiễm

1.3 Công dụng nhiên liệu thay thế trên động cơ

Nhiên liệu thay thế có nghĩa là bộ sưu tập hóa chất thay thế hoặc các nguồn năng lượngkhác Do đó, chúng được sử dụng cho nhiều thứ giống như nhiên liệu truyền thống, nghĩa

là để cung cấp năng lượng cho xe cộ, sản xuất điện, nấu ăn và thực hiện cuộc sống hàngngày trong thế giới hiện đại

Sự phổ biến đang phát triển của nhiên liệu thay thế nằm ở cả sức hấp dẫn vốn có củachúng (những người không muốn tạo ra nhiên liệu từ hydro, hoặc, thực tế là nước?) Vàtính chất gây ô nhiễm và hạn chế của nhiên liệu hóa thạch Bất kể các ngành công nghiệpnày đang phát triển nhanh như thế nào, chúng là làn sóng tập thể của tương lai

1.4 Ưu nhược điểm của NLTT

 Hiệu suất về động cơ không bằng các nguồn nhiên liệu hiện tại

 Chưa áp dụng được phổ biến, một số chỉ là dự án tương lai

 Một số nhiên liệu thay thế không phù hợp với động cơ hiện tại

CHƯƠNG 2 ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRÊN Ô TÔ 2.1 Động cơ điện trên ô tô

Động cơ thuần điện là loại động cơ hoạt động theo nguyên lý chuyển hóa điện năngthành động năng Trong đó, trên mỗi chiếc xe ô tô điện sẽ được trang bị một tấm pin(Lithium-ion) để tích trữ năng lượng và cấp điện cho khối động cơ cảm ứng gồm phầnđứng yên (stator) và phần chuyển động Rotor

Khi có dòng điện đi qua, Stator sẽ tạo ra một lực từ trường đủ lớn để giúp cho phầnRotor có thể quay và từ đó giúp xe lăn bánh Pin của xe điện thường là loại Lithium-ion.Các mẫu xe thuần điện sở hữu rất nhiều ưu điểm vượt trội như: không cần nguyên liệu(xăng, dầu) từ đó giảm thiểu phát thải CO2 ra môi trường, mô-men xoắn cực cao giúp xebức tốc nhanh chóng, xe hoạt động êm ái hơn

Xe ô tô điện hiện được xem là xu hướng chung đối với thị trường ô tô trong tương lai.Loại xe này khi vận hành không gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, dòng xe này có mẫu

mã chưa quá đa dạng nên nhiều hãng xe thường phát triển xe xăng và xe điện đồng thời.Bên cạnh đó, vấn đề về việc sản xuất, nâng cấp pin cho xe điện cũng là một vấn đề khódành cho hầu hết các thương hiệu ô tô lớn trên thế giới nên các hãng xe đang ngày càngtích cực cải tiến và phát triển hoàn thiện

2.2 Các loại động cơ điện ô tô thông dụng

2.2.1 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ( PMSM )

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) là một động cơ điện sử dụng nam châmvĩnh cửu được nhúng trong roto để tạo ra từ trường Cuộn dây stato của động cơ sau đóđược cấp điện bằng dòng điện xoay chiều (AC), làm cho roto đi theo từ trường quay.Dưới đây là tổng quan về cấu trúc và nguyên tắc làm việc của PMSM

2.2.2 Động cơ cảm ứng AC

Động cơ cảm ứng AC còn được gọi là Động cơ không đồng bộ, là một loại động cơđiện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau Tên của nó "không đồng bộ"xuất phát từ thực tế là roto không bao giờ bắt kịp với từ trường quay do stato tạo ra Dướiđây là tổng quan về cấu trúc và nguyên lý làm việc của Động cơ cảm ứng AC

2.2.3 Động cơ DC không chổi than ( BLDC)

Động cơ DC không chổi than (BLDC) là một loại động cơ điện hoạt động sử dụngnguồn điện một chiều (DC) Không giống như động cơ DC chổi than truyền thống, động

cơ BLDC không có chổi than và cổ góp để kết nối điện Thay vào đó, họ sử dụng bộ điềukhiển điện tử để đạt được giao hoán Dưới đây là tổng quan về cấu trúc và nguyên lý làmviệc của Động cơ DC không chổi than

2.2.4 Động cơ miễn cưỡng chuyển mạch (SRM)

Động cơ miễn cưỡng chuyển mạch (SRM) là một động cơ điện hoạt động dựa trênnguyên tắc thay đổi miễn cưỡng từ tính trong quá trình quay Không giống như động cơnam châm vĩnh cửu hoặc động cơ cảm ứng, SRM có roto không có nam châm vĩnh cửuhoặc cuộn dây Thay vào đó, roto thường được làm bằng lõi sắt nhiều lớp và stato chứanhiều pha cuộn dây Dưới đây là tổng quan về cấu trúc và nguyên lý làm việc của Động

cơ miễn cưỡng chuyển mạch

2.2.5 Động cơ nam châm vĩnh cửu bên trong ( IMP )

Động cơ nam châm vĩnh cửu bên trong (IPM) là một loại động cơ điện kết hợp các tínhnăng của cả Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) và Động cơ cảm ứng Nó cónam châm vĩnh cửu được nhúng trong roto, nâng cao hiệu suất và hiệu quả của nó Dướiđây là tổng quan về cấu trúc và nguyên lý làm việc của Động cơ nam châm vĩnh cửu bêntrong

2.2.6 Động cơ thông lượng hướng trục ( AFM )

Động cơ thông lượng hướng trục (AFM), còn được gọi là động cơ bánh kếp hoặc động

cơ đĩa, là một loại động cơ điện trong đó từ thông chạy song song với trục của roto vàstato Thiết kế này khác với các động cơ thông lượng hướng tâm phổ biến hơn, nơi từ