NGHIÊN cứu THIẾT kế cơ cấu xú páp điện từ TRÊN ĐỘNG cơ XĂNG

NGHIÊN cứu THIẾT kế cơ cấu xú páp điện từ TRÊN ĐỘNG cơ XĂNG NGHIÊN cứu THIẾT kế cơ cấu xú páp điện từ TRÊN ĐỘNG cơ XĂNG NGHIÊN cứu THIẾT kế cơ cấu xú páp điện từ TRÊN ĐỘNG cơ XĂNG NGHIÊN cứu THIẾT kế cơ cấu xú páp điện từ TRÊN ĐỘNG cơ XĂNG NGHIÊN cứu THIẾT kế cơ cấu xú páp điện từ TRÊN ĐỘNG cơ XĂNG NGHIÊN cứu THIẾT kế cơ cấu xú páp điện từ TRÊN ĐỘNG cơ XĂNG

Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU XÚ PÁP ĐIỆN TỪ TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG A STUDY OF NEW ELECTROMAGNETIC VALVETRAIN IN SI ENGINES TS Lý Vĩnh Đạt Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM datlv@hcmute.edu.vn TÓM TẮT Một phương pháp nâng cao hiệu suất giảm khí xả động xăng sử dụng hệ thống điều khiển xú páp biến thiên (VVT) Tuy nhiên, hệ thống VVT truyền thống điều khiển trục cam tối ưu hoá thời điểm, độ nâng khoảng mở xú páp khoảng hoạt động giới hạn Vì sử dụng hệ thống điều khiển xú páp điện từ khắc phục số nhược điểm hệ thống VVT sử dụng Bài báo đề xuất hệ thống xú páp điện từ (EMV) mới, kết hợp cấu điều khiển nam châm vĩnh cửu cuộn dây điện từ (PM/EM), để điều khiển đóng mở xú páp Nghiên cứu sử dụng phần tử hữu hạn để phân tích thiết kế cấu, thông số kích thước nam châm, phần ứng (armature) cuộn dây điều khiển Các thông số phân tích tối ưu hoá để điều khiển xú páp số vòng quay tối đa động xăng Kết nghiên cứu thiết kế đáp ứng yêu cầu giới hạn không gian, thời gian đáp ứng lực từ điều khiển xú páp Thiết kế cấu xú páp điện từ điều khiển hoàn toàn đóng mở xú páp tốc độ khoảng 6000 vòng/phút động xăng Một lực từ tạo khoảng 719 N (lớn lực lò xo xú páp) để điều khiển xú páp đóng lại cuộn dây điều khiển cung cấp dòng điện phù hợp Ngược lại, lực từ khoảng 416 N tạo điều khiển xú páp trạng thái mở Từ khoá: xú páp điện từ, phần tử hữu hạn (FEA), từ thông, nam châm vĩnh cửu, thời điểm xú páp biến thiên ABSTRACT Some devices have been developed in controlling valve timings in SI engines Among them, electromagnetic valve train (EMV) actuator can fully control valve timings to improve fuel consumption and emission In addition, EMV with permanent magnet and electromagnetic coil (PM/EM) hybrid actuator has some advantages about control, energy consumption, and time response compared with conventional EMVs In this paper, a novel EMV with PM/EM hybrid actuator, which significantly differs from existing EMVs, has been proposed Finite element has been used to analyze the EMV design The optimization based on the criteria so that the EMV satisfies holding forces at closed and open states at high speed in SI engines The parameters include permanent magnet, armature dimensions, and electromagnetic coil sizes that have been examined and analyzed The results conclude that the EMV satisfies the requirement of dimension space limit Besides, the optimal EMV design meets also about transition time and holding force The holding force is created about 719 N when the desired current is supplied to the coils and the force drop efficiency 42.22 % Therefore, the EMV can fully control the closed and open of valve timings at high speed in SI engines Keywords: electromagnetic valve, magnetic flux, finite element analysis (FEA), permanent magnet, electromagnet coil GIỚI THIỆU Gần số chấp hành phát triển để điều khiển thời điểm xú páp biến thiên động xăng như: khí, thủy lực, mô tơ điện từ Trong chấp hành sử 392 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV dụng điện từ (EMV) có cấu tạo đơn giản điều khiển thời điểm đóng mở xú páp dải hoạt động rộng (do không phụ thuộc trục cam điều khiển) so với điều khiển chấp hành khác Việc sử dụng EMV loại bỏ cánh bướm ga trục cam động gọi động không trục cam (camless engine) Động không trục cam dùng thời điểm xú páp nạp để điều khiển tải động cơ, giảm đáng kể công tổn hao trình hút (do loại bỏ sức cản cánh bướm ga) qua cải thiện hiệu suất khí xả động [1] Động không trục cam thường sử dụng chấp hành điện từ (EMVA) hay điện – thủy lực (EHVA), tối ưu hoá thời điểm đóng mở xú páp để nâng cao hiệu suất động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu khí xả động Tuy nhiên chấp hành dùng điện-thuỷ lực có nhược điểm lớn tiêu hao lượng sử dụng khả tạo độ nâng xú páp lặp lại chu kỳ hoạt động động [2] Hệ thống điều khiển điện - thuỷ lực điều khiển trạng thái thời điểm xú páp cách linh hoạt với cấu tạo phức tạp, bên cạnh đó, điều khiển hệ thống điện - thuỷ lực thiếu xác hiệu ảnh hưởng độ nhớt nhiệt độ chất lỏng [3] EMV sử dụng chấp hành hai cuộn solenoid nghiên cứu [4] Ưu điểm chấp hành kết cấu đơn giản dễ dàng điều khiển Tuy nhiên EMV sử dụng solenoid tiêu hao lượng lớn trình hoạt động Một dòng điện lớn phải cung cấp để điều khiển xú páp trạng thái trung gian đến vị trí đóng động khởi động Bên cạnh đó, lượng lượng liên tục sử dụng để trì việc giữ xú páp trạng thái đóng mở tương ứng So sánh với EMV sử dụng solenoid, EMV sử dụng kết hợp lực nam châm vĩnh cửu cuộn dây điện từ (PM/EM) có số ưu điểm lượng tiêu thụ, điều khiển thời gian đáp ứng trình điều khiển xú páp [5] Một số cấu EMV với chấp hành sử dụng kết hợp lực nam châm đề xuất Một thiết kế EMV thực Kim & Lieu [6] Nghiên cứu sử dụng phân tích phần tử hữu hạn để so sánh hai cấu trúc EMV mà nghiên cứu đề xuất Nghiên cứu họ EMV điều khiển xú páp đáp ứng thời gian sử dụng hiệu động đốt Bên cạnh đó, thiết kế không cần sử dụng lượng lớn so với hệ thống truyền thống với chấp hành cuộn solenoid Xú páp điện từ với kết hợp lực điện từ (MMF) nam châm vĩnh cửu cuộn dây sinh có số ưu điểm va đập đóng xú páp, đáp ứng nhanh tiêu hao lượng so với hệ thống EMV truyền thống [7] Tương tự cấu EMV giới thiệu [8], EMV sử dụng nam châm cuộn dây kết hợp với để diều khiển đóng mở xú páp Kết nghiên cứu EMV đạt 15% giảm thể tích kết cấu lực điện từ tăng 20% nhờ thiết kế phần ứng (armature) đặc biệt Kết hợp trạng thái điều khiển xú páp ưu điểm nam châm vĩnh cửu, thiết kế EMV cần lượng nhỏ để điều khiển xú páp so với EMV khác Trong báo này, thiết kế EMV có chấp hành kết hợp nam châm vĩnh cửu lực từ tạo cuộn dây (PM/EM), có cấu tạo nguyên lý hoạt động diễn tả [9], tối ưu hoá thông số thiết kế Các thông số ảnh hưởng đến lực điện từ EMV xem xét phân tích phân tử hữu hạn (FEA) Các thông số thiết kế tối ưu hoá cho EMV hoạt động số vòng quay cao động xăng (6000 vòng/phút) Bên cạnh đó, thiết kế EMV phải thoả mãn yêu cầu giới hạn không gian nắp máy Sự phân tích thiết kế EMV dựa vào chủ yếu mật độ từ thông trạng thái bão hòa từ armature cuộn dây cung cấp không kích hoạt dòng điện phù hợp THIẾT KẾ CƠ CẤU XÚ PÁP ĐIỆN TỪ EMV 2.1 Cấu tạo EMV Cấu tạo chấp hành điện từ EMV thể hình Nó có chấp hành kết hợp nam châm vĩnh cửu cuộn dây điện từ (PM/EM) bao gồm nam châm (2 nam châm phía nam châm phía dưới), cặp cuộn dây điện từ, phần ứng 393 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV (armature), lò xo thân xú páp Khi armature dịch chuyển lên xuống tương ứng với xú páp vị trí đóng mở Hai nam châm phía phía tạo lực từ tác dụng lên armature để đóng mở xú páp Một cặp cuộn dây đóng vai trò kích thích để chuyển trạng thái xú páp từ đóng sang mở ngược lại Nó làm giảm lực từ tác dụng lên armature cung cấp dòng điện phù hợp đến cuộn dây Cấu tạo EMV với việc bố trí nam châm cuộn dây mang lại số ưu điểm điều khiển tiêu hao lượng chấp hành việc điều khiển thời điểm xú páp Hình Cấu tạo EMV 2.2 Nguyên lý hoạt động Hình diễn tả nguyên lý hoạt động cấu EMV đề xuất Các đường nối mũi tên đường từ thông Độ lớn từ thông thể độ dày đường nét Ở trạng thái khởi động, chưa cấp dòng điện cho cuộn dây, lực từ nam châm phía lớn lực lò xo nên hút armature lên phía làm cho xú páp đóng lại hoàn toàn hình (a) Khi cấp điện cho cuộn dây điện từ, từ thông qua cuộn dây tăng lên đáng kể Vì thế, từ thông qua armature giảm xuống thể hình (b) làm cho lực từ giữ armature giảm xuống Đến lực lò xo phía lớn lực giữ armature nam châm phía tạo ra, lực lò xo đẩy armature xuống làm cho xú páp bắt đầu mở hình (c) Khi armature vượt qua vị trí trung gian cuộn dây cung cấp dòng điện ngược chiều cho tạo lực từ chiều lực từ nam châm phía tạo để hút nhanh armature xuống vị trí làm cho xú páp mở hoàn toàn minh họa hình (d) Tương tự xú páp di chuyển từ vị trí mở sang đóng thực tương tự thể hình (e) đến hình (a) (a): Nam châm giữ armature phía trên; (b): Dòng điện cung cấp đến cuộn dây; (c): Armature di chuyển xuống phía dưới; (d): Nam châm giữ armature phía dưới; (e): Dòng điện cung cấp đến cuộn dây; (f): Armature hút đến vị trí phía Hình Nguyên lý hoạt động EMV 394 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV TỐI ƯU HOÁ THIẾT KẾ EMV Trong nghiên cứu này, thông số thiết kế xú páp điện từ EMV bao gồm: độ dày, bán kính nam châm, kích thước armature, kích thước lõi cuộn dây, số vòng dây Các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ từ thông armature Chúng định đến lực từ cuộn dây không cung cấp dòng điện lực từ giảm cuộn dây cung cấp dòng điện Các thông số có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau, phải xem xét chúng với trường hợp khác bao gồm tất phân tích cho thông số Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng thông số đến lực từ công cụ phân tích phần tử hữu hạn Các thông số có ảnh hưởng không đáng kể bỏ qua để đơn giản trình tối ưu hóa Các thông số xú páp điện từ thể hình mô tả liệt kê bảng Hình Các thông số thiết kế EMV Bảng Mô tả thông số thiết kế Mô tả thông số Ký hiệu Độ dày nam châm H pm Bán kính nam châm R pm Bán kính armature Ra Độ dày armature Ha Chiều cao lõi cuộn dây Hc Số am-pe vòng NI Tối ưu hoá thông số thiết kế dựa điều kiện: Khi cuộn dây không cung cấp dòng điện, nam châm phải tạo lực điện từ lớn lực lò xo xú páp trạng thái đóng (khoảng 650 N hình 4) - - Khi dòng điện cung cấp đến cuộn dây, lực từ armature phải có giá trị nhỏ lực lò xo xú páp trạng thái đóng (khoảng 500 N hình 4) - Khoảng chênh lệch hai lực từ hai trạng thái có giá trị lớn tối ưu 395 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV (3.75, 616) 700 Pre- load (150N) (4, 650) (3.75, 466) -4 Valve lash (0.25 mm) (-4, - 497) - 600 Force (N) Hình Lực lò xo xú páp tốc độ cao 3.1 Nam châm Nam châm sinh lực từ trực tiếp armature Bởi vậy, định lực từ sinh vượt qua lực lò xo để giữ xú páp vị trí đóng mở Ở thiết kế này, nam châm bao gồm cái: nam châm phía để giữ armature vị trí đóng nam châm phía để giữ armature vị trí mở Hình dạng nam châm có dạng hình tròn hình dạng có nhiều ưu điểm so với hình dạng khác Đặc tính nam châm phụ thuộc vào nhiệt độ ảnh hưởng tượng khử từ Nam châm lựa chọn vật liệu NdFe35 với thông số kỹ thuật thể bảng Tính nam châm giảm xuống nhiệt độ cao, lực từ thiết kế xú páp điện từ chịu ảnh hưởng nhiệt độ Ở nghiên cứu này, không đề cập ảnh hưởng nhiệt độ đến đặc tính nam châm Bảng Đặc tính từ nam châm Đặc tính Ký hiệu Giá trị Độ từ dư B r (T) 1,22 µr 1,0997 Độ kháng từ H c (A/m) -890000 Độ thấm từ chân không µ (H/m) 4π x 10-7 Độ thấm từ tương đối Kích thước nam châm bao gồm độ dày (H pm ) bán kính (R pm ) nam châm, hai kích thước ảnh hưởng đến lực từ armature Phân tích kích thước nam châm khảo sát với thông số tối ưu cuộn dây điện từ armature Ảnh hưởng độ dày nam châm đến lực từ thể hình 396 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 800 mm mm mm 750 700 Force (N) 650 600 550 500 450 400 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Current (At) Hình Ảnh hưởng độ dày nam châm đến lực từ Giá trị độ dày nam châm H pm = mm tối ưu so với trường hợp khác cuộn dây chưa cấp dòng điện lực từ có giá trị cao cuộn dây cung cấp dòng điện lực từ có giá trị thấp Tại giá trị cường độ dòng điện NI giá trị lực từ khoảng 720 N vượt giá trị lực lò xo, xú páp giữ vị trí đóng Khi cung cấp dòng điện cho cuộn dây giá trị lực từ giảm xuống, giá trị cường độ dòng điện 1500 NI giá trị lực từ khoảng 416 N Giá trị nhỏ lực lò xo kết xú páp lò xo đẩy đến vị trí mở Sự phân bố mật độ từ thông phân tích phần tử hữu hạn (FEA) với dòng điện cung cấp NI 1500 NI tương ứng Kết thể mật độ từ thông qua armature với tất trường hợp trạng thái bão hòa từ cuộn dây không cung cấp dòng điện (hình 6) Do vậy, tất trường hợp độ dày nam châm đạt lực từ cao lớn lực lò xo Hình Sự phân bố từ thông armature với độ dày nam châm khác NI Mật độ từ thông chưa đạt tới trạng thái bão hòa cuộn dây cung cấp dòng điện Do vậy, lực từ armature giảm Khi dòng điện cung cấp cho cuộn dây, dòng từ thông có xu hướng qua lõi cuộn dây dễ dàng cuộn dây trở thành nam châm điện Kết dẫn đến từ thông qua armature giảm xuống Dòng từ thông nam châm có độ dày mm giảm nhiều so với trường hợp khác thể hình Do đó, giá trị giảm lực từ trường hợp lớn so với trường hợp khác Do vậy, giá trị độ dày nam châm mm tối ưu cho thiết kế xú páp điện từ 397 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Sự phân bố từ thông armature với độ dày nam châm khác 1500 NI Trong nghiên cứu này, bán kính nam châm phân tích Bán kính nam châm có giá trị lớn 13,5 mm không xem xét khoảng giới hạn không gian kết cấu EMV Ảnh hưởng bán kính nam châm đến lực từ thể hình Kết cho thấy giá trị lực từ giảm lực R pm = 10,5 mm thấp so với trường hợp khác Do vậy, thông số tối ưu bán kính nam châm nằm khoảng 11,5 ~13,5 mm Ta thấy đường có giống lực từ cuộn dây cung cấp không cung cấp dòng điện Do đó, ảnh hưởng giá trị bán kính đến lực từ không đáng kể khoảng 11,5 ~13,5 mm 800 Rpm = 10.5 mm Rpm = 11.5 mm Rpm = 12.5 mm Rpm = 13.5 mm 700 Force (N) 600 500 400 300 200 500 1000 1500 Current (At) Hình Ảnh hưởng bán kính nam châm đến lực từ 3.2 Armature Armature chế tạo thép non có độ dẫn từ tốt Kích thước armature thiết kế xú páp điện từ bao gồm độ dày bán kính armature Các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến từ thông armature Bán kính độ dày armature có liên quan đến diện tích tiếp xúc armature lõi thép Do vậy, định trạng thái bão hòa thiết kế EMV Trong phần này, bán kính armature khảo sát khoảng 19 ~22 mm độ dày armature từ ~12mm Trong đó, thông số cuộn dây điện từ nam châm armature tối ưu Sự khảo sát thực NI 1500 NI để tìm thiết kế armature tối ưu Ảnh hưởng bán kính armature đến lực từ thể hình Kết cho thấy armature có bán kính 20 mm tối ưu Nó có lực giữ cao đạt 719 N NI giảm xuống 415 N 1500 NI Trong đó, bán kính armature khác có lực giữ lực giảm thỏa mãn yêu cầu cần thiết tiêu chuẩn thiết kế EMV 398 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 750 Ra 19 mm Ra 20 mm Ra 21 mm Ra 22 mm 700 650 600 Force (N) 550 500 450 400 350 300 250 200 1500 1000 500 Current (At) Hình Ảnh hưởng bán kính armature đến lực từ Ảnh hưởng đường kính armature đến mật độ từ thông thựcc FEA Kết thể hình 10 (a) (b) tương ứng với dòng điện NI 1500 NI Mật độ từ thông bán kính armature không đạt tới trạng thái bão hòa (hình 10 (a)) Armature có bán kính 21 mm 22 mm có mật độ từ thông thấp Do vậy, có lực giữ nhỏ so với trường hợp khác Khi cuộn dây cung cấp dòng điện phù hợp, mật độ từ thông giảm Mật độ từ thông armature có bán kính 21 mm 22 mm giảm đáng kể, chúng có giá trị thấp Tuy nhiên, bán kính không thỏa mãn giá trị cần thiết lực từ thiết kế EMV Trong giảm mật độ từ thông armature có bán kính 19 mm nhỏ, không thỏa mãn chênh lệch lực từ cần thiết Giá trị bán kính tối ưu armature 20 mm, mật độ từ thông giảm đáng kể 1500 NI Do vậy, sinh lực từ nhỏ lực lò xo Do đó, xú páp điện từ hoạt động hoàn toàn bán kính 1.8 Ra=19 mm Ra=20 mm Ra=21 mm 1.6 1.6 1.4 1.4 1.2 1.2 1 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 -25 -20 -15 -10 -5 Distance [mm] 10 Ra=19mm Ra=22 mm B [T] B [T] 1.8 15 20 25 (a) -25 -20 -15 -10 Ra=20mm -5 Ra=21mm Distance [mm] Ra=22mm 10 15 20 25 (b) Hình 10 Sự phân bố từ thông armature với đường kính armature khác (a):Tại NI; (b): Tại 1500 NI Ảnh hưởng độ dày armature đến lực từ khảo sát với thông số tối ưu bán kính armature 20 mm Kết hình 11 cho thấy độ dày armature 12 mm có lực giữ lực giảm lớn so với trường hợp khác Trong đó, độ dày mm 10 mm thỏa mãn lực từ cuộn dây cung cấp không cung cấp dòng điện Độ dày tối ưu 12 mm thỏa mãn tiêu chuẩn thiết kế EMV để đảm bảo xú páp đóng mở hoàn toàn 399 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Ha mm Ha 10 mm Ha 12 mm 700 600 Force (N) 500 400 300 200 100 0 1000 500 1500 Current (At) Hình 11 Ảnh hưởng độ dày armature đến lực từ Sự phân bố mật độ từ thông armature NI 1500 NI thể hình 12 (a) (b) Kết hình 12 (a) thể mật độ từ thông độ dày armature chưa đạt tới trạng thái bão hòa NI Tuy nhiên, mật độ từ thông độ dày 12 mm đạt tới giá trị cao Do đó, có lực giữ cao hình Lực lớn lực lò xo, armature giữ dễ dàng hút đến vị trí đóng Khi dòng điện phù hợp cung cấp tới cuộn dây mật độ từ thông qua armature giảm xuống Điều dẫn đến giảm lực từ armature Hình 412 (b) thấy giá trị mật độ từ thông mm 10 mm thấp Do vậy, chúng có lực từ nhỏ Tuy nhiên, lực từ độ dày điều khiển đóng mở xú páp tốc độ động lớn động xăng Trong đó, giảm mật độ từ thông với độ dày 12 mm 1500 NI tạo lực từ nhỏ lực lò xo Do đó, xú páp điều khiển đến vị trí đóng mở cuộn dây cung cấp dòng điện (a) (b) Hình 12 Sự phân bố mật độ từ thông armature với độ dày khác (a): NI; (b): 1500NI 3.3 Cuộn dây Tương tự, ảnh hưởng cuộn dây điện từ đến lực từ xem xét giá trị chiều cao lõi cuộn H c = 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm Kích thước lõi cuộn dây định lượng từ thông chạy qua lõi cuộn dây Kích thước lõi cuộn dây điện lớn làm cho lực điện từ giảm nhanh không thỏa mãn yêu cầu giới hạn không gian thiết kế EMV Trong lõi cuộn dây điện từ có kích thước nhỏ khiến cho mật độ từ thông qua cuôn dây điện từ trạng thái bảo hòa cuộn dây cung cấp dòng điện Do lực điện từ giảm xuống không đáng kể Hình 13(a) (b) cho ta thấy mật độ từ thông phụ thuộc vào kích thước cuộn dây NI 1500 NI 400 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV (a) (b) Hình 13 Sự phân bố mật độ từ thông armature kích thước lõi khác (a): Tại NI; (b): Tại 1500 NI Trên hình 13(b), ta thấy mật độ từ thông armature giảm một lượng lớn từ thông vào lõi cuộn dây Mật độ từ thông H c = 10mm cao so với trường hợp khác Vì lực từ 1500 NI lớn lực lò xo EMV, đóng xú páp Mật độ từ thông H c = 14mm giảm cách đáng kể so với trường hợp khác nhiên lực từ NI không đủ để thắng lực lò xo EMV Do không đáp ứng yêu cầu thiết kế EMV Mật độ từ thông H c = 12 mm vừa đáp ứng lực từ lớn lực lò xo NI nhỏ lực lò xo 1500 NI nên đáp ứng yêu cầu thiết kế EMV Hình 14 với kích thước lõi cuộn dây H c = 12 mm, lực từ đạt giá trị lớn NI (lớn 650 N) nhỏ 497 N 1500 NI Vì H c = 12 mm thông số tối ưu cuộn dây 750 Hc 10 mm Hc 12 mm Hc 14 mm 700 650 600 Force (N) 550 500 450 400 350 300 250 200 500 1000 1500 Current (At) Hình 14 Sự ảnh hưởng cuộn dây điện từ đến lực từ EMV Từ kết phân tích ta thông số tối ưu thiết kế EMV liệt kê bảng Các thông số tối ưu thỏa mãn yêu cầu lực từ cuộn dây điện từ cấp dòng điện không cấp dòng điện Lực từ để giữ cho xú páp đóng NI khoảng 719 N giảm 42% (415 N) 1500 NI Bảng Các thông số tối ưu hóa thiết kế EMV Mô tả thông số Ký hiệu Giá trị Độ dày armature (mm) H arm 12 Bán kính armature (mm) R arm 20 Độ dày nam châm (mm) H pm Bán kính nam châm (mm) R pm 12,5 401 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Chiều cao lõi cuộn dây (mm) Hc 12 Lực từ NI (N) Fh 718,86 Lực từ 1500 NI (N) Fe 415,32 Tỉ lệ lực từ giảm (%) 42,22 KẾT LUẬN Một thiết kế EMV với chấp hành kết hợp nam châm cuộn dây điện từ (PM/EM) đề xuất viết để khắc phục nhược điểm cấu EMV truyên thống Cơ cấu EMV có cấu tạo đơn giản, dễ điều khiển tiêu tốn lượng thấp trình điều khiển thời điểm xú páp động xăng Phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng để phân tích mật độ từ thông tối ưu hoá thông số thiết kế EMV Thông số tối ưu kích thước armature 20 mm 12 mm tương ứng với bán kính độ dày armature, chiều dài bán kính nam châm tương ứng mm 12,5 mm, chiều cao lõi cuộn dây tối ưu 12 mm Với thông số thiết kế tối ưu đó, EMV tạo lực từ khoảng 719 N 416 N cuộn dây không dược cung cấp cung cấp dòng điện phù hợp Các lực từ điều khiển đóng mở xú páp, đáp ứng hoàn toàn việc điều khiển xú páp kể động hoạt động tốc độ tối đa động xăng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Shiao, Y J and Dat, L V., Efficiency improvement for an unthrottled SI engine at part load, International Journal of Automotive Technology, Vol 13, No 6, pp 885 – 893, 2012 [2] Sun, Z., and He, X., Development and control of electro-hydraulic fully flexible valve actuation system for diesel combustion research, SAE 2007-01-4021, 2007 [3] Lou, Z D., Camless variable valve actuation designs with two-spring pendulum and electrohydraulic latching, SAE 2007-01-1295, 2007 [4] Giglio, V., Iorio, B., Police, G., and Gaeta, A., Analysis of advantages and of problems of electromechanical valve actuators, SAE 2002-01-1105, 2002 [5] Kim, J and Lieu, D K., A new electromagnetic engine valve actuator with less energy consumption for variable valve timing, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol 21, pp 602 – 606, 2007 [6] Kim, J., and Lieu, D K., Design for a new, quick-response, latching electromagnetic valve, Proceeding of International Electric Machines and Drives Conference, May 15, 2005 [7] Liu, J J., Yang, Y P., Xu, J H., Electromechanical valve actuator with hybrid NMF for camless engine, Proceedings of the 17th World Congress, the International Federation of Automatic Control, Seoul, Korea, July 6-11, 2008 [8] Dat, L V., Shiao, Y J and Huang, J H., Design for a novel electromagnetic valve for camless SI engines, Applied Mechanics and Materials, Vols 284-287, pp 1811-1815, 2013 [9] Shiao, Y J and Dat, L V., Actuator control for a new hybrid EMV in spark ignition engines, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, DOI: 10.1177/0954407012471279 (2013) THÔNG TIN LIÊN LẠC TS Lý Vĩnh Đạt Khoa Cơ khí động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, Email: datlv@hcmute.edu.vn, ĐT: 0903707702 402 [...]... và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV Chiều cao lõi cuộn dây (mm) Hc 12 Lực từ tại 0 NI (N) Fh 718,86 Lực từ tại 1500 NI (N) Fe 415,32 Tỉ lệ lực từ giảm (%) 42,22 4 KẾT LUẬN Một thiết kế mới EMV với bộ chấp hành kết hợp giữa nam châm và cuộn dây điện từ (PM/EM) đã được đề xuất trong bài viết này để khắc phục các nhược điểm của cơ cấu EMV truyên thống Cơ cấu EMV này có cấu tạo đơn giản, dễ điều... nhất là 12 mm Với các thông số thiết kế tối ưu đó, EMV có thể tạo ra một lực từ khoảng 719 N và 416 N khi cuộn dây không dược cung cấp và được cung cấp dòng điện phù hợp Các lực từ này có thể điều khiển đóng và mở xú páp, nó đáp ứng hoàn toàn việc điều khiển xú páp kể cả khi động cơ hoạt động ở tốc độ tối đa trên động cơ xăng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Shiao, Y J and Dat, L V., Efficiency improvement for... xú páp trên động cơ xăng Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để phân tích mật độ từ thông và tối ưu hoá các thông số thiết kế trong EMV Thông số tối ưu đối với kích thước armature là 20 mm và 12 mm tương ứng với bán kính và độ dày của armature, còn chiều dài và bán kính của nam châm tương ứng là 2 mm và 12,5 mm, trong khi chiều cao của lõi cuộn dây tối ưu nhất là 12 mm Với các thông số thiết kế. .. spark ignition engines, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, DOI: 10.1177/0954407012471279 (2013) THÔNG TIN LIÊN LẠC TS Lý Vĩnh Đạt Khoa Cơ khí động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, Email: datlv@hcmute.edu.vn, ĐT: 0903707702 402 ... không kích hoạt dòng điện phù hợp THIẾT KẾ CƠ CẤU XÚ PÁP ĐIỆN TỪ EMV 2.1 Cấu tạo EMV Cấu tạo chấp hành điện từ EMV thể hình Nó có chấp hành kết hợp nam châm vĩnh cửu cuộn dây điện từ (PM/EM) bao gồm... dây kết hợp với để diều khiển đóng mở xú páp Kết nghiên cứu EMV đạt 15% giảm thể tích kết cấu lực điện từ tăng 20% nhờ thiết kế phần ứng (armature) đặc biệt Kết hợp trạng thái điều khiển xú páp. .. dây điện từ đến lực từ EMV Từ kết phân tích ta thông số tối ưu thiết kế EMV liệt kê bảng Các thông số tối ưu thỏa mãn yêu cầu lực từ cuộn dây điện từ cấp dòng điện không cấp dòng điện Lực từ để