Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô.Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô.Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô.Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô.Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô.Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô.Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng điện cảm trên ô tô.
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 khí Mã số chuyên ngành: 9520103 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP HỒ CHÍ MINH- 06/2021 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN 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 Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học tơi Các số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi cam đoan nội dung tham khảo cho việc thực luận án trích dẫn ro ràng Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 06 năm 2021 (Ký tên ghi ro họ tên) Phan Nguyễn Quí Tâm LỜI CẢM ƠN Người nghiên cứu chân thành cảm ơn: - PGS.TS Đỗ Văn Dũng TS Nguyễn Bá Hải, hai giảng viên hướng dẫn khoa học, cho hội bắt đầu luận án, tận tình hướng dẫn, định hướng, dành thời gian đọc 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 HCM - Các đồng nghiệp, cộng phịng thí nghiệm điện tử tơ, phịng thí nghiệm tơ - Trường ĐHSPKT TP HCM tận tình hỗ trợ, động viên suốt thời gian dài thực nội dung khoa học - Các thành viên hội đồng đánh giá dành thời gian đọc, góp ý nội dung nghiên cứu - Các chuyên gia đầu ngành, nhà khoa học phản biện, góp ý cho báo khoa học, tóm tắt luận án - Các Anh, Chị học viên niên khóa 2013-2016 ngành kỹ thuật khí - Các thành viên gia đình, người thân tin tưởng, ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh chuyên tâm trình học tập, nghiên cứu thực luận án Trân trọng! Tp Hồ Chí Minh, 04 tháng 06 năm 2021 Nghiên cứu sinh Phan Nguyễn Quí Tâm TÓM TẮT Thu hồi sử lượng điện cảm ô tô hướng nghiên cứu Mục tiêu luận án nghiên cứu thu hồi nguồn lượng điện cảm tồn cuộn dây trình hoạt động để tái sử dụng cho nhiều ứng dụng có việc cải thiện tính đáp ứng kim phun Nội dung nghiên cứu khơng góp phần tiết kiệm lượng động đánh lửa cưỡng mà giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường tăng tuổi thọ chi tiết điện tử hệ thống điện tơ Những đóng góp luận án thể qua nội dung sau: - Xây dựng mơ hình vật lý mơ hình toán cho hệ thống thu hồi lượng điện cảm bobine việc sử dụng hệ siêu tụ điện - Thiết kế, chế tạo mơ hình thử nghiệm thu hồi lượng điện cảm cuộn dây sơ cấp bobine kim phun - Sử dụng hệ siêu tụ điện tích trữ lượng tự cảm để điều khiển kim phun Luận án trình bày chương bao gồm 99 trang (không kể phần tài liệu Luận án trình bày 05 chương bao gồm 99 trang (không kể phần tài liệu tham khảo phụ lục) Trong đó, chương trình bày tổng quan vấn đề nghiên cứu hệ thống lượng điện cảm tơ, phân tích cơng trình ngồi nước có đề cập đến hướng nghiên cứu Trên sở đó, người nghiên cứu đề xuất mục tiêu nội dung nghiên cứu Chương nghiên cứu sinh phân tích sở lý thuyết cuộn cảm, lượng điện cảm, xây dựng mơ hình, tính tốn mơ lượng tích lũy bobine, kim phun Cơ sở lý thuyết hệ siêu tụ, kết nối phụ tải điện, cải thiện độ nhạy kim phun xem xét Nội dung chương 3: trình thiết kế hệ thống thu hồi tích trữ lượng điện cảm thơng 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 liệu, thu hồi, tích trữ lượng, thi cơng mạch điều khiển kim phun sử dụng lượng điện cảm tái sinh Chương trình bày trình thực nghiệm đánh giá sản phẩm nghiên cứu qua 02 giai đoạn Giai đoạn 1: thử nghiệm thu thập liệu tính tốn lượng thu hồi chế độ vận hành khác mơ hình thực nghiệm Giai đoạn 2: thử nghiệm sản phẩm xe thực tế phịng thử nghiệm theo chu trình ECE R15, từ đánh giá hiệu so sánh kết thu với nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu khác Chương khẳng định kết đạt trình nghiên cứu kiến nghị hướng phát triển DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Phan Nguyễn Q Tâm, Đỗ Quốc Ấm, Đỗ Văn Dũng, Nguyễn Bá Hải Nghiên cứu, thi công hệ thống tích lũy lượng điện dạng cảm kháng tơ 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 tốn sức điện động tự cảm 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 thu hồi lượng điện cảm tơ 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 kiểm soát lượng điện cảm 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 lượng điện cảm hệ thống đánh lửa Tạp chí Khoa học cơng nghệ (số ISSN 18593585), 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 kim phun nhiên liệu động 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 7, No 1, 2021, pp 19-23 doi: 10.11648/j.ijtet.20210701.13 Phan Nguyễn Quí Tâm, Đỗ Văn Dũng, Đinh Cao Trí Thiết kế mạch quản lý nguồn lượng tự cảm kim phun ô tơ Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật (số ISSN 1859-1272), số 63, trang 91-97, 2021 MỤC LỤC Mục Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Danh mục cơng trình cơng bố v Mục lục vi Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM VÀ HỆ SIÊU TỤ ĐIỆN 2.1 Các cơ cấu chấp hành tích trữ lượng điện cảm 2.2 Mơ hình tốn mơ 2.3 Tính tốn lượng điện cảm 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 mơ hình thực nghiệm điều khiển phun xăng đánh lửa 15 3.2 Phân tích, lựa chọn lưu trữ lượng 16 3.3 Thi công hệ thống thu thập, đo lường kiểm soát 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 thu hồi tích trữ lượng điện cảm 19 4.2 Thực nghiệm cải thiện tính đáp ứng kim phun 20 4.3 Thực nghiệm ô tô 22 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI 24 5.1 Kết luận 24 5.2 Kiến nghị 24 IG BAT R1 ISO1 PC817 34 32 32 R4 PC817 R6 150k KA431/TO92 R8 R7 MSV7 A6009 VCC AI0 P0.2 AI5 AI6 C2 AI7 103 21 C1 102 ACS712 AI1 AI2 AI3 AI1 21 C3 SIEU TU AI4 11 R11 R10 10k 11 21 ORL1 K3 Q1 TIP122 D7 R13 12k 51 1k R12 12k KA43 1/TO92 P0.0 PFI0 RELAY SPDT U3 B6009 P0.1 P0.3 MSV9 R30 1K D21 12 12 2.2k MSV8 VCC VIOUT FILT ER GND 4007 10k 10k IP1+ IP2+ IP3IP4 - out# K2 12 21 10k R9 RELAY SPDT D5 U2 ISO2 U1 56k 2.2k 21 4007 R2 R3 56k 10k R5 BAT MSV6 1N54 08 2 LED RELAY SPDT 2 D8 1N54 08 BAT AI7 AI3 DK#10 43 D13 3V3 REF A0 A1 10 AI1 AI5 A2 A3 A4 P0.0 n2 A5 27 D9 26 D8 25 D7 24 D6 23 D5 22 D4 21 D3 20 D2 AN AL OG IN n1 11 A6 30 29 28 D12 D11 D10 P0.2 R19 ORL2 2 MSV3X2 VCC 12 30V 5V GND 19 R25 VCC 18 RST 17 RXD VIN TXD AI2 5.6V R21 10k D10 R20 10 k D11 R22 10k 5.6V 2 100 P0.0 D14 5.6V 5.6 V R24 1k HC05 VCC R29 AI0 1K GR250-400 21 R27 100K R28 VCC 1N4007-M7 SMA 1 TP2 IN OUT IGT 100 uF/3 5V 104 2 AI4 IGF 1 C4 C5 L780 5ACD2T-CN GND GND U6 1 D13 5.6 V TXD F1 IG R23 1k D12 VCC D15 PFI0 AI5 100 IG R18 2.2k RXD NANO TP12 R26 23 16 2 13 14 RST GND 15 Q2 TIP122 U5 A7 W R16 150k D9 AI6 1k n1 n2 PFI0 AI4 32 TA R17 2.2k CH R15 150k R14 150k BR2 P0.1 ORL1 #10 DP U4 1k C6 C7 12 D16 5.6V 220 uF/16V D20 5.6V 104 Figure 3.12: Schematic diagram of energy recovery circuit Figure 3.14: Energy recovery circuit In order to visualize the parameters during the test, an user interface using LabVIEW software is visually designed as a central dashboard as shown in figure 3.21 Figure 3.21: Inductance energy data acquisition and control interfaces The parameters displayed on the main interface: - Engine speed (TACH) - Battery voltage (BAT) - Number of fuel injection times (# 10) - Number of ignitions (IGT) - Operation warning light (W) - Mode using power source: battery or supercapacitors - Current energy is stored on supercapacitors 3.4 Design of injector sensitivity evaluation system The schematic diagram of the injector sensitivity evaluation circuit is shown in figure 3.25 Rshunt Q3 D1 2 1 1 Ohm/5W I/O arduino C1 C2 C3 C4 I/O arduino Q2 D2 BATTERY 12V 2 R1 20K I/O arduino 1 I/O arduino R2 110K Q1 TIP122 SUPERCAPACITORS 24V 2 Figure 3.25: Principle of energy recovery and control on injectors When the supercapacitors are filled with inductance electromotive force on the primary coill (C1, C2, C3, C4), the voltage signal is sent to the microcontroller via a voltage potentiometer At this time, the microcontroller will control the transistor Q2 open and Q3 is closed, the supercapacitor system will provide operating voltage to the injector instead of the battery A power resistor of 1Ω /5W is connected in series with the injector to determine the amperage An injector control power circuit is constructed as shown in figure 3.26 Figure 3.26: Energy recovery and control circuit on injector The main parts of the power circuit include: 12V power from the battery used as the power supply for the system, Arduino Nano is used as the central controller The injector is controlled by a power transistor TIP122 Chapter 4: EXPERIMENT AND EVALUATION 4.1 Experimenting and evaluating inductance energy recovery and storage To evaluate the ability to recover and store inductance energy of manufactured products that recover and store inductive energy Connection of recoverer, accumulator, energy control system in figure 4.1 Figure 4.1: Diagram of the connection of the recovery unit, the storage unit, the energy control system on the test model Operate and adjust the controller so that the engine speed is stable at 750 rpm, simulating the corresponding input signals Observe and evaluate the information on the data collection interface Experimental results Figure 4.2 shows: Actual inductance energy recovered at engine speed ranges (red line) reaches 570J at 750 rpm and tends to increase gradually as speed increases, energy recovery pole at 1,090J at a speed of 2000 rpm This energy then tends to decrease gradually as the engine speed increase It shows that the recovery of inductance energy in the speed range 1500 - 2500 rpm is optimal 1200 1100 In1000 900 du 800 cta 700 nc 600 e500 400 en er300 200 gy W thu hoi - ly thuyet 750 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 Engine speed (rpm) Figure 4.2: Inductance energy can be recovered according to the engine speed The difference in value is about 4% between the theoretical recoverable inductance energy and the actual recoverable energy 4.2 Experimentally improving injector responsiveness Experiment on the injector with two voltage sources: a current 12V battery source and a 24V source from supercapacitors fully charged with inductance electromotive from the ignition coils and injectors as shown in figure 4.3 Figure 4.3: Experiment on the responsiveness of the injector The parameters of the injector include: Resistance: R = 14,5Ω, Inductance: L = 0,02H Figure 4.4 and 4.5 show the current and voltage characteristics of the injector at 12V from the battery and when using a 24V supercapacitors Figure 4.4: Current and voltage characteristics of the injector when using a 12V battery Figure 4.5: Current and voltage characteristics of the injector when using a 24V supercapacitors Line is the amperage of current through the needle representing increasing from the time the injector is voltageed to the time the current is saturated, line is the voltage across the injector When the operating voltage of the injector is increased by two times, the response of the injector is increased by two times, or in other words, the delay of the injector is reduced by times �′1 �1 = Specifically, the experimental results showed that with a voltage of 24V applied to the injector, the response time of the needle increased by times from 1,59 x10� -3 s at 12V to 0,8 x10- 3s at 24V 4.3 Experiment on autmobile In order to consider the power curve and the torque characteristic of the engine installed on the test car, it is expected that these two characteristic curves will not change when the vehicle is equipped with an energy recovery unit as shown in figure 4.8 Thereby proving the stability of product research and application Figure 4.8: Research products are mounted on test automobile 7-seater car tested on Mustang Dyanometer MD-500 capacity test tape according to ECE R15 cycle at automotive laboratory at Cu Chi Motor Sport Experimental results The results of collecting data from the PowerDyne system during the test are shown in figure 4.14 102 92 82 72 Po 62 we 52 r 42 32 (K 22 W 12 PE ME PE' ME' 1500 1750 102 92 82 72 M 62 o 52 m 42 32 en 22 (N 12 Engine speed(rpm) Figure 4.14: Features comparing engine power and torque with traditional ignition system and ignition system fitted with inductive energy recovery Experimentation when a car operates with a traditional ignition system shows that the maximum useful power reaches 90,2 kW at a speed of 5250 rpm and a maximum torque of 100,7 Nm at a speed of 4000 rpm (PE and ME curves in figure 4.14) Experimental results when a car operates with an ignition system fitted with an inductive energy recovery: maximum useful power reaches 89,6 kW at a speed of 5250 rpm and a maximum torque of 99,8 Nm at 4000 rpm (PE’, ME’ in figure 4.14) The deviation of the values of the respective power and monent in different speeds of the whole characteristic is