Thiết kế mô hình thực nghiệm điều khiển phun xăng đánh lửa 15
Phương thức bố trí cụm đánh lửa hiện tại tuy nhỏ gọn nhưng không tận dụng được năng lượng điện cảm "thừa" trên cuộn sơ cấp bobine Để khắc phục vấn đề này, nghiên cứu đề xuất chuyển đổi cấu trúc cụm điều khiển đánh lửa với IC và bobine rời, giúp tận dụng hiệu quả năng lượng điện cảm "thừa" mà vẫn đảm bảo vận hành ổn định, an toàn và thực tiễn.
Hình 3.6: Cụm đánh lửa được đề xuất thay thế
Hệ thống điện điều khiển động cơ trên một khung thép kích thước: 1320 x 700 x
Hệ thống điện điều khiển động cơ 1TR-FE với chiều dài 1690 mm bao gồm Card NI 6009, cho phép giao tiếp dữ liệu đa năng qua cổng USB giữa máy tính và thiết bị Mô hình sử dụng nguồn ắc-quy 12V để vận hành động cơ một chiều và các bộ phận điện liên quan, đồng thời giả lập tốc độ động cơ trong khoảng từ 750 đến 6000 v/ph theo mục tiêu thực nghiệm, kết hợp với bộ tích trữ năng lượng và mạch thu hồi năng lượng điện cảm tái sinh như hình 4.1.
Phân tích, lựa chọn bộ lưu trữ năng lượng 16
Để cải thiện tính đáp ứng của kim phun, cần chọn thiết bị có khả năng nạp và phóng nhanh, nhận suất điện động dạng tắt dần và có nguồn tích trữ năng lượng với điện áp cao hơn ắc quy Hệ siêu tụ điện 27V-35F, được ghép nối từ 10 siêu tụ Maxwell BCAP0350, đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về điện áp, đặc tính nạp phóng, dung lượng ở nhiệt độ khác nhau, công suất riêng, năng lượng riêng, độ an toàn, tuổi thọ và tính thân thiện với môi trường.
Thi công hệ thống thu thập, đo lường và kiểm soát năng lượng điện cảm 16
Mạch thu hồi năng lượng điện cảm tái sinh được thiết kế, lập trình theo nguyên lý như hình 3.12 và sản phẩm hoàn thiện như hình 3.14
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồi năng lượng
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 D13 30 3V3 REF A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 5V RST GND VIN GND TXD RXD RST
Hình 3.14: Mạch thu hồi năng lượng
Để hiển thị trực quan các thông số trong quá trình thử nghiệm, một giao diện máy tính sử dụng phần mềm LabVIEW đã được thiết kế với hình dạng bảng đồng hồ trung tâm, như minh họa trong hình 3.21.
Hình 3.21: Giao diện thu thập dữ liệu và kiểm soát năng lượng điện cảm
Các thông số hiển thị trên giao diện chính:
- Tốc độ động cơ (TACH)
- Điện áp ắc quy (BAT)
- Số lần đánh lửa (IGT)
- Hoạt động đèn cảnh báo (W)
- Chế độ sử dụng nguồn điện: ắc quy hoặc siêu tụ
- Năng lượng hiện tại tích trữ trên siêu tụ
Thiết kế hệ thống đánh giá độ nhạy kim phun 18
Sơ đồ nguyên lý của mạch đánh giá độ nhạy kim phun như hình 3.25
Hình 3.25: Nguyên lý thu hồi năng lượng và điều khiển trên kim phun
Khi hệ siêu tụ được nạp đầy từ suất điện động tự cảm trên các cuộn sơ cấp (C1, C2, C3, C4), tín hiệu điện áp sẽ được truyền đến vi điều khiển qua cầu phân áp Lúc này, vi điều khiển điều khiển transistor Q2 mở và Q3 đóng, cho phép hệ siêu tụ cung cấp điện áp hoạt động cho kim phun thay vì ắc quy Để xác định giá trị cường độ dòng điện, một điện trở công suất 1Ω/5W được mắc nối tiếp với kim phun.
Một mạch công suất điều khiển kim phun được xây dựng như hình 3.26
Hình 3.26: Mạch thu hồi năng lượng và điều khiển trên kim phun
Mạch công suất bao gồm nguồn điện 12V từ ắc quy cung cấp năng lượng cho hệ thống, với Arduino Nano làm bộ điều khiển trung tâm Kim phun được điều khiển thông qua transistor công suất TIP122.
THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 19
Thực nghiệm, đánh giá bộ thu hồi và tích trữ năng lượng điện cảm 19
Mục tiêu của bài viết là đánh giá hiệu quả thu hồi và lưu trữ năng lượng điện cảm từ sản phẩm chế tạo, cụ thể là bộ thu hồi và tích trữ năng lượng điện cảm.
Kết nối bộ thu hồi, bộ tích trữ, hệ thống kiểm soát năng lượng như hình 4.1
Hình 4.1 minh họa sơ đồ kết nối giữa bộ thu hồi, bộ tích trữ và hệ thống kiểm soát năng lượng trong mô hình thử nghiệm Quá trình vận hành và điều chỉnh bộ điều khiển nhằm duy trì tốc độ động cơ ổn định ở mức 750 v/ph, đồng thời giả lập các tín hiệu đầu vào tương ứng Người dùng có thể quan sát và đánh giá thông tin thông qua giao diện thu thập dữ liệu.
Năng lượng điện cảm thực tế thu hồi được tại các dải tốc độ động cơ cho thấy giá trị tối đa đạt 1,090J tại tốc độ 2000 v/ph, trong khi ở tốc độ cầm chừng 750 v/ph, năng lượng thu hồi là 570J Năng lượng thu hồi có xu hướng tăng dần khi tốc độ gia tăng, nhưng sẽ giảm dần khi tốc độ động cơ tiếp tục tăng Điều này cho thấy, việc thu hồi năng lượng điện cảm trong dải tốc độ 1500 – 2500 v/ph là tối ưu.
Hình 4.2: Năng lượng điện cảm có khả năng thu hồi theo tốc độ động cơ
Chênh lệch về trị số khoảng 4% giữa năng lượng điện cảm có khả năng thu hồi theo lý thuyết và năng lượng thu hồi được theo thực tế.
Thực nghiệm cải thiện tính đáp ứng của kim phun 20
Trong thí nghiệm, chúng tôi đã sử dụng hai nguồn điện áp khác nhau là 12V từ ắc quy hiện hành và 24V trên hệ siêu tụ Nguồn điện này được nạp đầy từ suất điện động tự cảm của bobine và kim phun, như thể hiện trong hình 4.3.
Hình 4.3: Thực nghiệm khả năng đáp ứng của kim phun
Các thông số kỹ thuật của kim phun bao gồm điện trở 14,5Ω và độ tự cảm 0,02H Hình 4.4 và 4.5 minh họa đặc tính dòng điện và điện áp của kim phun khi hoạt động ở mức điện áp 12V từ ắc quy và 24V từ siêu tụ.
Tốc độ động cơ (vòng/phút)
Hình 4.4: Đặc tính dòng điện và điện áp của kim phun khi dùng ắc quy 12V
Hình 4.5 minh họa đặc tính dòng điện và điện áp của kim phun khi sử dụng siêu tụ 24V Đường số 1 thể hiện cường độ dòng điện qua kim phun, tăng dần từ khi được cấp điện áp cho đến khi dòng điện đạt trạng thái bão hòa Đường số 2 biểu diễn điện áp trên kim phun Khi điện áp hoạt động của kim phun được nâng lên gấp đôi, tính đáp ứng của kim phun cũng tăng gấp đôi, dẫn đến độ trễ của kim phun giảm xuống còn một nửa.
Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi áp dụng điện áp 24V cho kim phun, thời gian đáp ứng của kim đã tăng gấp đôi, từ 1,59 x 10^-3 giây ở mức 12V giảm xuống còn 0,8 x 10^-3 giây ở mức 24V.
Thực nghiệm trên ô tô 22
Bài viết này nhằm đánh giá đường đặc tính công suất và momen của động cơ trên ô tô thử nghiệm, với hy vọng rằng hai đường đặc tính này sẽ không thay đổi khi lắp thêm bộ thu hồi năng lượng Điều này sẽ chứng minh tính ổn định của sản phẩm nghiên cứu và ứng dụng.
Hình 4.8: Sản phẩm nghiên cứu được lắp trên ô tô thử nghiệm Ô tô 07 chỗ được thử nghiệm trên băng thử công suất Mustang Dyanometer MD-
500 theo chu trình ECE R15 tại phòng thí nghiệm ô tô tại Củ Chi Motor Sport
Kết quả thu thập được dữ liệu từ hệ thống PowerDyne trong quá trình thử nghiệm như hình 4.14
Hệ thống đánh lửa nguyên thủy và hệ thống đánh lửa tích hợp bộ thu hồi năng lượng điện cảm có sự khác biệt rõ rệt về công suất và momen động cơ Việc so sánh này cho thấy hiệu suất của động cơ được cải thiện đáng kể khi sử dụng công nghệ hiện đại, góp phần tối ưu hóa hiệu quả hoạt động và tiết kiệm năng lượng.
Công suất có ích (KW)
Tốc độ động cơ (vòng/phút)
Thực nghiệm cho thấy, khi ô tô hoạt động với hệ thống đánh lửa nguyên thủy, công suất cực đại đạt 90,2 kW tại tốc độ 5250 vòng/phút, trong khi momen xoắn cực đại đạt 100,7 Nm tại tốc độ 4000 vòng/phút.
Kết quả thực nghiệm cho thấy ô tô trang bị hệ thống đánh lửa với bộ thu hồi năng lượng điện cảm đạt công suất cực đại 89,6 kW ở tốc độ 5250 v/ph và mô men cực đại 99,8 Nm tại tốc độ 4000 v/ph, với sai lệch dưới 5% giữa các giá trị công suất và mô men ở các tốc độ khác nhau Đặc tuyến dữ liệu thử nghiệm, được xuất từ hệ thống thu thập dữ liệu PowerDyne, cho thấy độ ổn định của sản phẩm qua 03 lần thử nghiệm.
Trong Hình 4.15, chúng ta có thể thấy sự so sánh giữa công suất và momen động cơ khi sử dụng hệ thống đánh lửa với bộ thu hồi năng lượng điện cảm, dựa trên ba lần thử nghiệm khác nhau.