Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô - Phan Nguyễn Quí Tâm

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi cam đoan rằng nội dung tham khảo cho việc thực hiện luận án đã được trích dẫn rõ ràng. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 09 năm 2021 (Ký và ghi rõ họ tên) Phan Nguyễn Quí Tâm vii LỜI CẢM ƠN Người nghiên cứu xin chân thành cảm ơn: - PGS.

Đỗ Văn Dũng và TS. Nguyễn Bá Hải, hai giảng viên hướng dẫn khoa học, đã cho tôi cơ hội bắt đầu luận án, tận tình hướng dẫn, định hướng, dành thời gian đọc và hiệu chỉnh nội dung khoa học. - Ban Giám Hiệu, Phòng Đào Tạo – Bộ phận Sau Đại Học, Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí Động Lực, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Khoa Điện – Điện Tử, Quý Thầy, Cô giáo Trường ĐHSPKT TP. - Các đồng nghiệp, cộng sự tại phòng thí nghiệm điện tử ô tô, phòng thí nghiệm ô tô Trường ĐHSPKT TP.

HCM đã tận tình hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian dài thực hiện nội dung khoa học. - Các thành viên hội đồng đánh giá đã dành thời gian đọc, góp ý nội dung nghiên cứu. - Các chuyên gia đầu ngành, các nhà khoa học đã phản biện, góp ý cho các bài báo khoa học, tóm tắt luận án. - Các Anh, Chị học viên cùng niên khóa 2013-2016 ngành kỹ thuật cơ khí.

- Những thành viên gia đình, người thân đã luôn tin tưởng, ủng hộ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh chuyên tâm trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 09 năm 2021 Nghiên cứu sinh Phan Nguyễn Quí Tâm viii BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Họ & tên NCS : Phan Nguyễn Quí Tâm MSNCS: 13252010304 Thuộc chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ khí Khoá: 2013-2016 Tên luận án: Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô Người hướng dẫn chính: PGS. Đỗ Văn Dũng Người hướng dẫn phụ: TS. Nguyễn Bá Hải Tóm tắt những đóng góp mới về lý luận và học thuật của luận án: Thu hồi và sử năng lượng điện cảm trên ô tô là một hướng nghiên cứu mới hiện nay.

Mục tiêu chính của luận án là nghiên cứu thu hồi nguồn năng lượng điện cảm tồn tại trên các cuộn dây trong quá trình hoạt động để tái sử dụng cho việc cải thiện tính đáp ứng của kim phun. Nghiên cứu không những góp phần giải quyết vấn đề năng lượng trên động cơ đánh lửa cưỡng bức mà còn giải quyết vấn đề tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng tuổi thọ các chi tiết điện tử của hệ thống điện. Những đóng góp mới của luận án thể hiện qua các nội dung sau: - Xây dựng mô hình vật lý và mô hình toán cho hệ thống thu hồi năng lượng điện cảm trên bobine, kim phun bằng việc sử dụng hệ siêu tụ điện. - Thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm thu hồi năng lượng điện cảm trên cuộn dây sơ cấp bobine, kim phun.

- Sản phẩm nghiên cứu là bộ thu hồi và tích trữ năng lượng điện cảm khi lắp trên ô tô thử nghiệm không làm ảnh hưởng tính năng động học. - Sử dụng hệ siêu tụ điện tích trữ năng lượng tự cảm để điều khiển kim phun ở mức 24V góp phần tăng độ nhạy của kim phun lên hai lần so với ban đầu. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 09 năm 2021 Nghiên cứu sinh (Ký và ghi rõ họ tên) Phan Nguyễn Quí Tâm Người hướng dẫn chính Người hướng dẫn phụ (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) ix MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION Independence – Freedom - Happiness SUMMARY OF CONTRIBUTIONS OF THE DISSERTATION PhD candidate : Phan Nguyen Qui Tam Fellows code: 13252010304 Major : Mechanical Engineering Major code: 9520103 Dissertation title : Research and application of self-inductance energy in automobile 1st Supervisor : Assoc. Do Van Dung 2nd Supervisor : Dr.

Nguyễn Ba Hai Summary of theoretical and academic contribution of the dissertation: The recovery and application of inductance energy is a new research trend in automobiles. One of the main purpose of the dissertation is to recover the self- inductance energy occurring in the circuit switching duration, and then use it as a secondary power to supply either to improve the fuel injector response time. In addition, result of the research not only solves the energy recovery problem on the internal combustion engine but also saves fuel consumption, reduces environmental pollution, and protects electronic elements in vehicle electrical systems: Contributions of this dissertation is presented below: - The physical model mathematical model of self-inductance energy recovery on bobines, injectors by supercapacitors. - Designing, manufacturing experimental model to recover inductive energy on primary coils.

- Researched product is an energy recovery and storage unit, when mounted on a real car, does not affect the vehicle’s kinetics. - Using the supercapacitors at 24V to store inductively energy to control increased the sensitivity of the injector up to 2 times compared to the original. Ho Chi Minh City, September 29th, 2021 PhD Candidate (Sign and name) Phan Nguuyen Qui Tam First Supervisor Second Supervisor (Sign and name) (Sign and name) x MỤC LỤC Mục Trang Quyết định giao đề tài i Lý lịch khoa học ii Lời cam đoan vi Lời cảm ơn vii Tóm tắt những đóng góp của luận án viii Summary of contributions of the dissertation ix Mục lục x Danh mục các từ viết tắt xiv Danh sách các kí hiệu xvi Danh sách các bảng xxi Danh sách các hình xxii Chương 1: TỔNG QUAN 1 1. Lý do chọn đề tài 1 1.

Nghiên cứu tổng quan kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 3 1. Đề xuất phương án nghiên cứu 15 1. Mục tiêu nghiên cứu 17 1. Nội dung nghiên cứu 17 1.

Đối tượng nghiên cứu 18 1. Phạm vi nghiên cứu 18 1. Phương pháp nghiên cứu 18 1. Tính mới và ý nghĩa khoa học của công trình nghiên cứu 19 1.

Kế hoạch thực hiện 19 1. Bố cục của luận án 21 1. Kết luận chương 1 21 xi Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM VÀ HỆ SIÊU TỤ ĐIỆN 23 2. Các cơ cấu chấp hành tích trữ năng lượng điện cảm 23 2.

Các đặc tính của cuộn cảm tác động đến năng lượng điện cảm 26 2.1 Hệ số tự cảm 26 2.2 Cảm kháng 26 2.3 Điện trở thuần 26 2.4 Hiện tượng cảm ứng điện từ 26 2.5 Suất điện động tự cảm 26 2.6 Dạng xung suất điện động tự cảm 27 2.7 Giải pháp hạn chế tác động của suất điện động tự cảm 28 2.8 Chiều dòng điện tự cảm 30 2.9 Năng lượng điện cảm 31 2. Mô hình tính toán các quá trình hoạt động trên cuộn cảm 31 2.1 Phương trình toán của cuộn cảm trong quá trình tích lũy năng lượng 31 2.2 Phương trình toán của cuộn cảm trong quá trình giải phóng năng lượng 33 2.3 Đặc tuyến mô phỏng dòng điện, suất điện động, năng lượng điện cảm 35 2.4 Tính toán năng lượng điện cảm tích lũy 37 2.1 Tính toán năng lượng điện cảm tích lũy trên bobine 37 2.2 Tính toán năng lượng điện cảm tích lũy từ kim phun 40 2.5 Tính toán trên hệ siêu tụ 43 2.1 Mô hình hóa hệ siêu tụ 43 2.2 Quá trình nạp của hệ siêu tụ 44 2.3 Quá trình phóng của hệ siêu tụ 46 2.4 Năng lượng trên hệ siêu tụ 47 2.5 Hệ siêu tụ kết nối phụ tải điện 48 2.6 Tính toán quá trình nạp năng lượng điện cảm vào hệ siêu tụ 50 2.1 Quá trình nạp năng lượng điện cảm trên bobine vào hệ siêu tụ 50 2.2 Quá trình nạp năng lượng điện cảm trên kim phun vào hệ siêu tụ 52 xii 2.7 Đặc tính kim phun 51 2.1 Điều khiển kim phun 51 2.2 Phân tích quá trình hoạt động của kim phun 52 2.3 Mô hình toán của kim phun 52 2.4 Đặc tính cường độ dòng điện qua kim phun 55 2.8 Kết luận chương 2 58 Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI VÀ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM 59 3. Khảo sát suất điện động tự cảm thực tế 59 3. Thiết kế mô hình thực nghiệm điều khiển phun xăng đánh lửa 61 3.1 Phân tích chuyển đổi khối bộ điều khiển đánh lửa 61 3.2 Thiết kế mô hình thực nghiệm 63 3.

Thiết kế mạch thu hồi điện cảm 68 3. Phân tích, lựa chọn bộ lưu trữ năng lượng trong bộ lưu trữ năng lượng điện cảm 68 3.1 Xác định điện áp định mức của hệ siêu tụ 69 3.2 Xác định điện dung của hệ siêu tụ 69 3. Thiết kế, thi công mạch thu hồi năng lượng 71 3. Thiết kế hệ thống thu thập, đo lường và kiểm soát năng lượng điện cảm 76 3.

Mô hình thực nghiệm kết nối hệ thống thu thập dữ liệu 81 3. Thiết kế hệ thống đánh giá độ nhạy kim phun 83 3.1 Tối ưu thời gian đáp ứng kim phun bằng hệ siêu tụ 83 3.2 Thiết kế mạch thu hồi năng lượng và điều khiển kim phun 84 3.10 Kết luận chương 3 85 Chương 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 87 4.1 Nội dung thực nghiệm 87 4.1 Đối tượng thực nghiệm 87 4.2 Đặc điểm thực nghiệm 87 xiii 4.3 Trang thiết bị dùng trong thực nghiệm 87 4.4 Địa điểm thực nghiệm 88 4.2 Thực nghiệm, đánh giá bộ thu hồi và tích trữ năng lượng điện cảm 88 4.1 Chuẩn bị thực nghiệm 88 4.2 Trình tự thực nghiệm 89 4.3 Thực nghiệm cải thiện tính đáp ứng của kim phun 91 4.4 Thực nghiệm trên ô tô 95 4.1 Điều kiện thực nghiệm 97 4.2 Chuẩn bị thực nghiệm 99 4.3 Quy trình thực nghiệm 100 4.4 Kết quả thực nghiệm 101 4.5 Kết luận chương 4 105 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 5.