Nghiên cứu ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM PHAN NGUYỄN QUÍ TÂM NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM TRÊN Ô TÔ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số chuyên ngành: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH- 06/2021 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Nguyễn Bá Hải Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: TP. HỒ CHÍ MINH – 06/2021 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 04 tháng 06 năm 2021 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Phan Nguyễn Quí Tâm i LỜI CẢM ƠN Người nghiên cứu chân thành cảm ơn: - PGS.TS 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. - Các 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. Trân trọng! Tp.

Hồ Chí Minh, 04 tháng 06 năm 2021 Nghiên cứu sinh Phan Nguyễn Quí Tâm ii TÓM TẮT 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 nhiều ứng dụng trong đó có việc cải thiện tính đáp ứng của kim phun. Nội dung nghiên cứu không những góp phần tiết kiệm năng lượng trên động cơ đánh lửa cưỡng bức mà còn giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng tuổi thọ các chi tiết điện tử của hệ thống điện trên ô tô. 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 bằng việc sử dụng hệ siêu tụ điện.

- Thiết kế, chế tạo mô hình thử nghiệm thu hồi năng lượng điện cảm trên các cuộn dây sơ cấp bobine và kim phun. - Sử dụng hệ siêu tụ điện tích trữ năng lượng tự cảm để điều khiển kim phun. Luận án được trình bày trong 5 chương bao gồm 99 trang (không kể phần tài liệu Luận án được trình bày trong 05 chương bao gồm 99 trang (không kể phần tài liệu tham khảo và phụ lục). Trong đó, chương 1 trình bày tổng quan các vấn đề nghiên cứu về hệ thống năng lượng điện cảm trên ô tô, phân tích các công trình trong và ngoài nước có đề cập đến hướng nghiên cứu.

Trên cơ sở đó, người nghiên cứu đề xuất mục tiêu và nội dung nghiên cứu. Chương 2 nghiên cứu sinh phân tích cơ sở lý thuyết về cuộn cảm, năng lượng điện cảm, xây dựng mô hình, tính toán và mô phỏng năng lượng tích lũy trên bobine, kim phun. Cơ sở lý thuyết hệ siêu tụ, kết nối phụ tải điện, cải thiện độ nhạy kim phun cũng được xem xét. Nội dung chương 3: quá trình thiết kế hệ thống thu hồi và tích trữ năng lượng điện cảm thông qua việc khảo sát dạng sóng suất điện động tự cảm thực tế, thi công mô hình thực nghiệm, thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu, thu hồi, tích trữ năng lượng, thi công mạch điều khiển kim phun sử dụng năng lượng điện cảm tái sinh.

Chương 4 trình bày quá trình thực nghiệm và đánh giá sản phẩm nghiên cứu qua 02 giai đoạn. Giai đoạn 1: thử nghiệm thu thập dữ liệu và tính toán năng iii lượng thu hồi ở các chế độ vận hành khác nhau trên mô hình thực nghiệm. Giai đoạn 2: thử nghiệm sản phẩm trong trên xe thực tế trong phòng thử nghiệm theo chu trình ECE R15, từ đó đánh giá hiệu quả và so sánh kết quả thu được với nghiên cứu lý thuyết và các nghiên cứu khác. Chương 5 khẳng định các kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu và kiến nghị hướng phát triển.

iv DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Phan Nguyễn Quí Tâm, Đỗ Quốc Ấm, Đỗ Văn Dũng, Nguyễn Bá Hải. Nghiên cứu, thi công hệ thống tích lũy năng lượng điện dạng cảm kháng trên ô tô. Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật (số ISSN 1859-1272), số 32, trang 27-33, 2015.

Đỗ Quốc Ấm, Đỗ Văn Dũng, Phan Nguyễn Quí Tâm, Lê Khánh Tân. Tính toán sức điện động tự cảm trên hệ thống đánh lửa lai. Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật (số ISSN 1859-1272), số 32, trang 8-12, 2015. Phan Nguyễn Quí Tâm, Đỗ Văn Dũng.

Nghiên cứu mô phỏng thu hồi năng lượng điện cảm trên ô tô. Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật (số ISSN 1859- 1272), số 61, trang 79-84, 2020. Phan Nguyễn Quí Tâm, Đỗ Văn Dũng, Nguyễn Bá Hải, Nguyễn Thành Tuyên. Đo lường và kiểm soát năng lượng điện cảm trên ô tô sử dụng LabVIEW.

Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật (số ISSN 1859-1272), số 61, trang 100-106, 2020. Phan Nguyễn Quí Tâm, Đỗ Văn Dũng. Phân tích năng lượng điện cảm trong hệ thống đánh lửa. Tạp chí Khoa học và công nghệ (số ISSN 1859-3585), Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, tập 57 - số 01, trang 67-71, 2021.

Phan Nguyễn Quí Tâm, Đỗ Văn Dũng, Đinh Cao Trí. Ứng dụng siêu tụ nâng cao tính đáp ứng của kim phun nhiên liệu trên động cơ xăng. Tạp chí Cơ Khí Việt Nam (số ISSN 2615-9910), số 01+02, trang 16-22, 2021. Phan Nguyen Qui Tam, Do Van Dung, Dinh Cao Tri, Evaluation of Applying Various High Voltage Levels to Improve Fuel Injector Response Time on Gasoline Engines.

International Journal of Transportation Engineering and Technology (ISSN Online: 2575-1751), Special Issue: Transportation Engineering Technology and Education, Vol. Phan Nguyễn Quí Tâm, Đỗ Văn Dũng, Đinh Cao Trí. Thiết kế mạch quản lý nguồn năng lượng tự cảm kim phun trên ô tô. Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật (số ISSN 1859-1272), số 63, trang 91-97, 2021.

v MỤC LỤC Mục Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Danh mục các công trình công bố v Mục lục vi Chương 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Lý do chọn đề tài 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 3 1.3 Nội dung nghiên cứu 3 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM VÀ HỆ SIÊU TỤ ĐIỆN 4 2.1 Các cơ cơ cấu chấp hành tích trữ năng lượng điện cảm 4 2.2 Mô hình toán và mô phỏng 7 2.3 Tính toán năng lượng điện cảm 9 2.4 Đặc tính kim phun 12 Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI VÀ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM 15 3.1 Thiết kế mô hình thực nghiệm điều khiển phun xăng đánh lửa 15 3.2 Phân tích, lựa chọn bộ lưu trữ năng lượng 16 3.3 Thi công hệ thống thu thập, đo lường và kiểm soát năng lượng điện cảm 16 3.4 Thiết kế hệ thống đánh giá độ nhạy kim phun 18 Chương 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 19 4.1 Thực nghiệm, đánh giá bộ thu hồi và tích trữ năng lượng điện cảm 19 4.2 Thực nghiệm cải thiện tính đáp ứng của kim phun 20 4.3 Thực nghiệm trên ô tô 22 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24 5.2 Kiến nghị 24 vi Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Nhằm nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường, các hãng sản xuất ô tô không ngừng tìm kiếm các giải pháp, trong đó có giải pháp thu hồi năng lượng mất mát vô ích. Một số nghiên cứu về việc thu hồi năng lượng đã được thương mại hóa như công nghệ thu hồi năng lượng phanh i-ELoop (Intelligent Energy Loop) của hãng ô tô Mazda. Công nghệ này giúp giảm khoảng 10% tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Công nghệ phanh tái sinh, thu hồi năng lượng quán tính trên các xe Hybrid hiện cũng rất phổ biến.

Audi đã thiết kế hệ thống thu hồi năng lượng từ hệ thống treo dựa trên nguyên lý biến dao động của hệ thống treo ở dạng cơ năng thành năng lượng điện thu được vào bộ tích trữ. Các nguồn năng lượng khác nhau được thu hồi dưới dạng điện năng đóng vai trò như một nguồn dự trữ năng lượng riêng để cung cấp cho một số hệ thống trên xe. Tùy thuộc vào thời gian thu hồi và mật độ tích trữ được, năng lượng sẽ được dùng để cung cấp cho các bộ chấp hành ở các hệ thống khác nhau. Trên các thiết bị điện ô tô có cấu tạo cuộn dây đều sinh ra năng lượng điện cảm từ suất điện động tự cảm trong quá trình chuyển mạch.

Thiết bị có năng lượng điện cảm do hiện tượng cảm ứng điện từ bao gồm: máy phát điện, cảm biến điện từ… do hiện tượng hỗ cảm như: biến áp, bobine đánh lửa… Nguồn năng lượng điện cảm nêu trên có khả năng thu hồi và sử dụng như một dạng năng lượng tái sinh. Năng lượng này tồn tại phần lớn trên các bobine của hệ thống đánh lửa. Khi dòng điện qua cuộn sơ cấp của bobine bị ngắt đột ngột để bắt đầu cho quá trình phóng điện trên điện cực bugi, trên cuộn sơ cấp sẽ xuất hiện một suất điện động tự cảm khoảng 200V đến 500V do sự thay đổi đột ngột của từ thông qua cuộn dây. Ngoài ra, trên xe còn nhiều cơ cấu chấp hành có kết cấu dạng cuộn cảm như: kim phun, van điện từ, rơle…cũng xuất hiện các suất điện động tương tự có biên độ từ 70V đến 120V trong quá trình hoạt động.