Nghiên cứu cải tiến điều khiển xú páp điện từ trên động cơ đốt trong

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu cải tiến điều khiển xú páp điện từ trên động cơ đốt trong, nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

• Tác giả: Nguyễn Thành Thắng
• Người hướng dẫn: TS Lý Vĩnh Đạt
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Cải Tiến Điều Khiển Xú Páp Điện Từ Cho Động Cơ Đốt Trong
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.1. Nghiên cứu trong nước
• 1.2.2. Nghiên cứu nước ngoài
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.5. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Giá trị đề tài
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8. Kế hoạch thực hiện
• 2. CHƯƠNG II: KHÁI QUÁT CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN XÚ PÁP ĐIỆN TỪ
• 2.1. Giới thiệu cơ cấu điều khiển xú páp điện từ
• 2.2. Khái niệm cơ cấu điều khiển xú páp điện từ (EMV)
• 2.3. Phân loại cơ cấu điều khiển xupap điện từ
• 2.4. So sánh ưu nhược điểm của EMV solenoid và EMV nam châm
• 2.5. Ưu điểm của cơ cấu xú páp điện từ so với xú páp thường
• 2.6. Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống EMV
• 2.7. Thời gian đáp ứng
• 2.8. Điều khiển soft landing
• 2.9. Hệ thống điều khiển xú páp điện từ
• 2.9.1. Phần ứng và thân xú páp
• 2.9.2. Cuộn dây điện từ
• 2.10. Mô hình hóa hệ thống điều khiển xú páp điện từ
• 2.10.1. Bảng thông số thời điểm phối khí hệ thống điều khiển xú páp điện từ EMV
• 2.10.2. Xây dựng mô hình hệ thống
• 2.10.3. Mô hình hệ thống điện
• 2.10.4. Mô hình hệ thống cơ khí
• 2.10.5. Mô hình hệ thống điện từ
• 2.10.6. Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển xú páp điện từ bằng simulink
• 2.11. Điều khiển giảm va đập cho xú páp điện từ
• 2.11.1. Phương pháp điều khiển giảm va đập cho xú páp điện từ
• 2.11.2. Mô hình hệ thống điều khiển soft landing bằng fuzzy logic
• 2.11.2.1. Mô hình hệ thống điện từ
• 2.11.2.2. Mô hình hệ thống điều khiển soft landing bằng fuzzy logic
• 2.11.3. Kết quả mô phỏng hệ thống xú páp điện từ với bộ điều khiển soft landing bằng fuzzy logic
• 2.11.4. So sánh kết quả và nhận xét
• 2.11.5. Khuyến nghị và hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về điều khiển xú páp điện từ

Hệ thống điều khiển xú páp điện từ (EMV) đã trở thành một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực động cơ đốt trong. Công nghệ này cho phép điều khiển chính xác thời điểm và độ mở của xú páp, từ đó tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Động cơ không trục cam, sử dụng xú páp điện từ, giúp loại bỏ bướm ga, giảm thiểu tổn thất năng lượng và cải thiện hiệu suất. Việc áp dụng cải tiến công nghệ trong điều khiển xú páp không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu khí thải độc hại. Theo nghiên cứu, hệ thống EMV có thể đạt được thời gian phản hồi nhanh chóng, với thời gian dịch chuyển ngắn nhất là 33ms, cho phép động cơ hoạt động hiệu quả trong khoảng tốc độ dưới 6000rpm.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, nghiên cứu về điều khiển xú páp điện từ vẫn còn đang trong giai đoạn phát triển. Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào việc tối ưu hóa thời điểm đóng mở xú páp, nhưng chưa có nhiều công trình nghiên cứu sâu về hiệu suất động cơ và các vấn đề liên quan đến tiếng ồn và độ mài mòn. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng công nghệ xú páp điện từ có thể cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ, tuy nhiên, vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn để giải quyết các vấn đề tồn tại như va đập và tiếng ồn trong quá trình hoạt động.

II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống EMV

Hệ thống xú páp điện từ bao gồm các thành phần chính như nam châm vĩnh cửu và cuộn dây điện từ. Nguyên lý hoạt động dựa trên lực hút điện từ giữa nam châm và cuộn dây, cho phép điều khiển sự đóng mở của xú páp một cách linh hoạt. Cải tiến kỹ thuật trong thiết kế EMV giúp giảm thiểu va đập và tiếng ồn, đồng thời nâng cao độ bền cho các chi tiết. Hệ thống này có khả năng hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau, từ đó tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Việc áp dụng công nghệ điều khiển tự động cũng giúp cải thiện độ chính xác trong việc điều khiển xú páp, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu khí thải độc hại.

2.1. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống EMV

Hệ thống điều khiển xú páp điện từ mang lại nhiều ưu điểm như khả năng điều khiển chính xác thời điểm và độ mở của xú páp, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của hệ thống này là sự va đập mạnh giữa xú páp và bệ xú páp khi thực hiện việc đóng mở, gây ra tiếng ồn và làm giảm tuổi thọ của các chi tiết. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp để giảm thiểu va đập và tiếng ồn là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống EMV.

III. Ứng dụng và triển vọng của hệ thống EMV

Hệ thống xú páp điện từ có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là trong các động cơ không trục cam. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn giảm thiểu khí thải độc hại, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về bảo vệ môi trường. Nghiên cứu cho thấy rằng, với việc tối ưu hóa thiết kế và cải tiến công nghệ, hệ thống EMV có thể trở thành một giải pháp hiệu quả cho các vấn đề hiện tại trong ngành công nghiệp ô tô. Triển vọng phát triển của hệ thống này rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh các nhà sản xuất ô tô đang tìm kiếm các giải pháp bền vững và hiệu quả hơn.

3.1. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới cho hệ thống điều khiển xú páp điện từ sẽ tiếp tục được đẩy mạnh. Các giải pháp như sử dụng fuzzy logic để điều khiển giảm va đập, cải thiện độ chính xác và hiệu suất của hệ thống sẽ được nghiên cứu sâu hơn. Bên cạnh đó, việc tích hợp các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo vào hệ thống điều khiển cũng sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc tối ưu hóa hoạt động của động cơ, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu khí thải độc hại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô phát triển mạnh mẽ, việc cải tiến động cơ đốt trong nhằm tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm khí thải độc hại trở thành yêu cầu cấp thiết. Động cơ không trục cam (camless engine) với hệ thống điều khiển xú páp điện từ (EMV) được xem là bước đột phá trong công nghệ động cơ, giúp loại bỏ cánh bướm ga, giảm tổn thất cơ khí và tối ưu hóa quá trình phối khí. Theo ước tính, động cơ không trục cam có thể hoạt động hiệu quả ở tốc độ lên đến 6000 vòng/phút với thời gian dịch chuyển xú páp chỉ khoảng 3,3 ms, vận tốc di chuyển tối đa đạt 3 m/s.

Tuy nhiên, nhược điểm lớn của hệ thống EMV là hiện tượng va đập mạnh giữa xú páp và bệ xú páp khi đóng mở, gây tiếng ồn và mài mòn chi tiết. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là cải tiến điều khiển vận tốc xú páp điện từ trên động cơ đốt trong nhằm giảm va đập, tiếng ồn và nâng cao hiệu suất động cơ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào động cơ xăng với tốc độ từ 3000 đến 6000 vòng/phút, sử dụng mô hình toán học và mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ điều khiển xú páp điện từ, góp phần nâng cao hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải, đồng thời làm cơ sở lý thuyết cho việc ứng dụng và cải tiến hệ thống EMV trong ngành công nghiệp ô tô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết điện từ và lý thuyết điều khiển fuzzy logic.

• Lý thuyết điện từ: Áp dụng để xây dựng mô hình toán học cho hệ thống EMV, bao gồm mô hình hệ thống điện, cơ khí và điện từ. Các khái niệm chính gồm lực từ nam châm vĩnh cửu, lực điện từ sinh ra từ cuộn dây, mật độ từ thông, và lực hút phần ứng (armature). Công thức tính lực hút dựa trên mật độ từ thông bão hòa và diện tích tiếp xúc giữa phần ứng và lõi thép.

• Lý thuyết điều khiển fuzzy logic: Được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển giảm va đập (soft landing) cho xú páp điện từ. Thuật toán fuzzy logic giúp điều chỉnh vận tốc đóng mở xú páp, giảm biên độ dao động vận tốc khi va đập xuống dưới 0,3 m/s, từ đó giảm hơn 50% va đập và tiếng ồn.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: xú páp điện từ (EMV), camless engine, soft landing, lực từ, mô hình động học và động lực học, điều khiển fuzzy logic.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp xây dựng mô hình toán học và mô phỏng trên Matlab/Simulink dựa trên các số liệu thực nghiệm và thông số kỹ thuật của động cơ Toyota 1NZ-FE 1.5L. Cỡ mẫu nghiên cứu là hệ thống xú páp điện từ trên động cơ xăng với các tốc độ 3000, 4000, 5000 và 6000 vòng/phút.

Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn động cơ tiêu biểu có cấu hình 4 xy lanh, 16 van, DOHC để mô phỏng hệ thống EMV. Phân tích dữ liệu dựa trên mô phỏng các đặc tính động học, động lực học và hiệu quả điều khiển vận tốc xú páp.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 04/2015 đến tháng 04/2017, bao gồm các giai đoạn thu thập tài liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng, phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả mô hình EMV kết hợp nam châm vĩnh cửu và cuộn dây điện từ: Hệ thống đáp ứng tốt các yêu cầu về thời gian dịch chuyển xú páp dưới 6000 vòng/phút với thời gian dịch chuyển ngắn nhất đạt 33 ms và vận tốc tối đa đạt 3 m/s. Độ mở xú páp hoàn toàn được duy trì ổn định trong phạm vi tốc độ này.

2. Giảm va đập nhờ điều khiển fuzzy logic: Bộ điều khiển fuzzy logic giảm hơn 50% va đập giữa xú páp và armature tại thời điểm đóng mở hoàn toàn, làm biên độ dao động vận tốc va đập giới hạn dưới 0,3 m/s, góp phần giảm tiếng ồn và mài mòn chi tiết.

3. So sánh với các nghiên cứu trước: Kết quả mô phỏng cho thấy cải tiến vận tốc xú páp điện từ vượt trội hơn so với các hệ thống EMV truyền thống dùng solenoid, đồng thời tiết kiệm năng lượng hơn nhờ cơ cấu lai giữa nam châm vĩnh cửu và cuộn dây điện từ.

4. Ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ: Việc điều khiển chính xác thời điểm và vận tốc đóng mở xú páp giúp giảm tổn thất cơ khí, tăng công suất động cơ lên khoảng 6%, mô men xoắn tăng 34%, và giảm tiêu hao nhiên liệu đến 19% theo các báo cáo ngành.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải tiến là do cơ cấu điều khiển lai PM/EM giúp giảm năng lượng tiêu thụ và tăng độ chính xác trong điều khiển xú páp. Việc áp dụng fuzzy logic trong điều khiển soft landing giúp giảm va đập mạnh, từ đó giảm tiếng ồn và mài mòn, kéo dài tuổi thọ chi tiết.

So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ động cơ không trục cam, đồng thời khắc phục được nhược điểm của hệ thống solenoid truyền thống. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ vận tốc xú páp theo góc quay trục khuỷu và bảng so sánh mức giảm va đập trước và sau khi áp dụng fuzzy logic.

Ý nghĩa của nghiên cứu là tạo ra cơ sở lý thuyết và mô hình mô phỏng tin cậy, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian trong phát triển hệ thống EMV, đồng thời mở ra hướng ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp ô tô.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thử nghiệm thực tế hệ thống EMV cải tiến: Thực hiện chế tạo nguyên mẫu và thử nghiệm trên động cơ thực tế để đánh giá hiệu quả vận hành, tiếng ồn và độ bền chi tiết trong vòng 12 tháng, do các trung tâm nghiên cứu và nhà sản xuất động cơ thực hiện.

2. Phát triển bộ điều khiển fuzzy logic nâng cao: Nghiên cứu mở rộng thuật toán fuzzy logic để điều khiển đa trạng thái xú páp, tối ưu hóa vận tốc đóng mở theo điều kiện tải và tốc độ động cơ, nhằm giảm thêm 20% va đập trong 6 tháng tiếp theo, do nhóm nghiên cứu điều khiển tự động đảm nhiệm.

3. Tối ưu hóa thiết kế phần cứng EMV: Cải tiến kích thước và vật liệu phần ứng, cuộn dây và nam châm để giảm khối lượng chuyển động xuống dưới 140g, tăng độ bền và giảm tiêu hao năng lượng, thực hiện trong 9 tháng, do bộ phận thiết kế cơ khí và vật liệu chịu trách nhiệm.

4. Ứng dụng công nghệ mô phỏng nâng cao: Áp dụng các phần mềm mô phỏng đa vật lý kết hợp CFD và FEA để phân tích chi tiết lực từ, nhiệt độ và ứng suất trong hệ thống EMV, giúp dự báo chính xác hơn hiệu suất và tuổi thọ, triển khai song song trong 1 năm, do phòng thí nghiệm mô phỏng đảm nhận.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư cơ khí động lực: Có thể sử dụng mô hình và kết quả nghiên cứu để phát triển các hệ thống điều khiển xú páp điện từ mới, nâng cao hiệu suất động cơ và giảm khí thải.

2. Các nhà sản xuất động cơ ô tô: Áp dụng các giải pháp cải tiến vận tốc xú páp và điều khiển fuzzy logic để thiết kế động cơ không trục cam, giảm chi phí sản xuất và bảo trì.

3. Sinh viên và học viên cao học ngành kỹ thuật cơ khí, cơ điện tử: Tham khảo để hiểu rõ về mô hình hóa, mô phỏng và điều khiển hệ thống cơ khí điện từ phức tạp, phục vụ nghiên cứu và học tập.

4. Các chuyên gia trong lĩnh vực điều khiển tự động và điện tử công nghiệp: Nghiên cứu thuật toán fuzzy logic ứng dụng trong điều khiển soft landing, mở rộng ứng dụng trong các hệ thống điều khiển khác.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống xú páp điện từ (EMV) là gì?
   EMV là cơ cấu điều khiển xú páp sử dụng lực điện từ từ nam châm vĩnh cửu và cuộn dây điện từ để đóng mở xú páp thay cho trục cam cơ khí truyền thống, giúp điều chỉnh thời điểm và độ mở xú páp linh hoạt hơn.

2. Ưu điểm của động cơ không trục cam so với động cơ truyền thống?
   Động cơ không trục cam loại bỏ cánh bướm ga, giảm tổn thất cơ khí, tăng hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải, đồng thời cho phép điều khiển xú páp chính xác ở mọi chế độ vận hành.

3. Tại sao cần điều khiển soft landing cho xú páp điện từ?
   Soft landing giúp giảm va đập mạnh khi xú páp đóng mở, giảm tiếng ồn và mài mòn chi tiết, từ đó kéo dài tuổi thọ hệ thống và cải thiện độ ổn định vận hành.

4. Phương pháp fuzzy logic được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Fuzzy logic được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển vận tốc xú páp, điều chỉnh dòng điện cấp cho cuộn dây nhằm giảm va đập và dao động vận tốc khi xú páp đóng mở.

5. Mô hình toán học của hệ thống EMV được xây dựng dựa trên những yếu tố nào?
   Mô hình bao gồm hệ thống điện (điện áp, dòng điện, điện trở, điện cảm), hệ thống cơ khí (khối lượng phần ứng, lực lò xo, lực cản), và hệ thống điện từ (lực từ nam châm, từ thông, diện tích phần ứng), được mô phỏng trên Matlab/Simulink.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công mô hình toán học và mô phỏng hệ thống điều khiển xú páp điện từ kết hợp nam châm vĩnh cửu và cuộn dây điện từ trên động cơ xăng.
• Hệ thống đáp ứng được yêu cầu về thời gian dịch chuyển (33 ms) và vận tốc tối đa (3 m/s) ở tốc độ động cơ dưới 6000 vòng/phút.
• Bộ điều khiển fuzzy logic giảm hơn 50% va đập và tiếng ồn, giới hạn biên độ dao động vận tốc va đập dưới 0,3 m/s.
• Nghiên cứu tạo cơ sở lý thuyết và mô hình mô phỏng tin cậy, tiết kiệm chi phí và thời gian phát triển hệ thống EMV.
• Đề xuất các giải pháp cải tiến và khuyến nghị triển khai thử nghiệm thực tế, phát triển thuật toán điều khiển và tối ưu thiết kế phần cứng trong các bước tiếp theo.

Hãy bắt đầu ứng dụng các kết quả nghiên cứu này để nâng cao hiệu suất và độ bền cho động cơ đốt trong thế hệ mới!

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÀNH THẮNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐIỀU KHIỂN XÚ PÁP ĐIỆN TỪ TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NGÀNH:KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 5 2 3 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN THÀNH THẮNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐIỀU KHIỂN XÚ PÁP ĐIỆN TỪ TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS LÝ VĨNH ĐẠT Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 Luan van QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Thành Thắng.

Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22 /10/1982. Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Việt Xuyên, Thạch Hà, Hà Tĩnh. Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 354 An Bình, Biên Hòa, Đồng Nai. Điện thoại cơ quan: Điện thoại.

0985966415 Fax: E- mail:thangvhp82@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy. Thời gian đào tạo từ : 09/2003 đến 03/ 2007 Nơi học (trường, thành phố): Sĩ quan kỹ thuật quân sự, TP.

Hồ Chí Minh. Ngành học: Cơ khí động lực 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy. Thời gian đào tạo từ 12/2009 đến 07/ 2012 Nơi học (trường, thành phố): Đại học giao thông vận tải TPHCM, TP.

Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ thuật cơ khí ô tô. Môn thi tốt nghiệp: Điều khiển động cơ. Ngày thi tốt nghiệp: 29/05/2012, tại Trường Đại học giao thông vận tải TPHCM.

Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ : 10/2015 đến 04/ 2017 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Ngành học: Kỹ thuật cơ khí động lực Luan van Tên luận văn: Nghiên cứu cải tiến điều khiển xú páp điện từ trên động cơ đốt trong Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 22/04/2017. Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Người hướng dẫn: TS Lý Vĩnh Đạt III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Công việc đảm Thời gian Nơi công tác nhiệm 04/2007 đến Trường Sĩ quan kỹ thuật quân sự (Cơ sở Giáo viên nay 2) Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp.

Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 02 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Thành Thắng i Luan van CẢM TẠ Em xin chân thành cảm tạ thầy TS Lý Vĩnh Đạt đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo và dìu dắt em trong quá trình thực hiện đề tài. Em xin được cảm tạ quí thầy cô và các bạn trong khoa Cơ khí Động Lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật đã tạo điều kiện và hỗ trợ cho em trong quá trình thực hiện đề tài. ii Luan van TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu này đề xuất một hệ thống xú páp điện từ (EMV) mới ứng dụng cho động cơ không trục cam, kết hợp cơ cấu điều khiển giữa nam châm vĩnh cữu và cuộn dây điện từ (PM/EM), để điều khiển sự đóng mở xú páp. Đề tài đã xây dựng được mô hình toán cho các bộ phận cho hệ thống thông qua các liên hệ toán học và số liệu thực nghiệm.

Và bằng công cụ Matlab/Simulink, mô hình hệ thống được mô phỏng để có thể đánh giá hiệu quả của cấu trúc đề xuất. Một thuật toán fuzzy logic cũng được tìm hiểu, ứng dụng để khắc phục nhược điểm về va đập trên xú páp điện từ. Các thông số động học, động lực học và điều khiển của hệ thống được phân tích. Nghiên cứu là cơ sở cho việc cải tiến, chế tạo và định hướng ứng dụng cho cấu trúc EMV đề xuất.

Kết quả của đề tài chỉ ra rằng, hệ thống EMV kết hợp cơ cấu điều khiển nam châm vĩnh cữu và cuộn dây điện từ đáp ứng được các yêu cầu về thời gian, vận tốc, độ mở… khi động cơ hoạt động trong khoảng tốc độ dưới 6000rpm.33ms là thời gian dịch chuyển ngắn nhất mà xú páp đạt được. Vận tốc di chuyển tối đa đạt 3. Độ mở hoàn toàn trong khoảng tốc độ dưới 6000rpm. Bộ điều khiển giảm va đập bằng fuzzy logic cũng giảm được hơn 50% va đập của xú páp và armature tại thời điểm đóng hoặc mở xú páp hoàn toàn, làm biên độ dao động của vận tốc khi va đập giới hạn dưới 0.3m/s iii Luan van ABSTRACT This research proposes a new system of electromagnetic valve (EMV) which is applied for camless engine.

The permanent magnet and electromagnetic coil (PM / EM) are put together to control valves in this type of hybrid EMV. Mathematical models for the EMV system are built using mathematical equations and experimental data. Beside that, system’s model have been simulated in Matlab/Simulink environment to evaluate the effectiveness of the proposed structure. In addition, a fuzzy controller was created for a EMV soft landing control.

The kinetic, dynamics and controller parameters of the system is analyzed. The result of research is the basis for the improvement, manufacture and application oriented EMV proposed structure. The results of the research show that combines EMV system control structure permanent magnet and electromagnetic coil meet the requirements of time, speed, aperture. when the engine is operating within speeds below 6000rpm.33ms is the shortest time that shift valve achieved.

The maximum velocity reaches 3. Full aperture between speeds below 6000rpm. Soft landing controller with fuzzy logic is more than 50% also reduce impact of valve and armature at the valve open or closed completely, making the oscillation amplitude of the impact velocity lower limit 0. iv Luan van MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI.

i LÝ LỊCH KHOA HỌC. ii LỜI CAM ĐOAN. iv MỤC LỤC. v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT.

vii DANH SÁCH CÁC HÌNH. viii Chƣơng 1. Lý do chọn đề tài. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.

Nghiên cứu trong nƣớc. Mục tiêu đề tài. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài. Đối tƣợng nghiên cứu.

Giá trị đề tài. Phƣơng pháp nghiên cứu. Kế hoạch thực hiện. 11 Chƣơng II.

Khái quát cơ cấu điều khiển xú páp điện từ. Giới thiệu cơ cấu điều khiển xú páp điện từ. Khái niệm cơ cấu điều khiển xú páp điện từ (EMV). Phân loại cơ cấu điều khiển xupap điện từ.

So sánh ưu nhược điểm của EMV solenoid và EMV nam châm. Ƣu điểm của cơ cấu xú páp điện từ so với xú páp thƣờng. Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống EMV. Thời gian đáp ứng.

Điều khiển soft landing. Hệ thống điều khiển xú páp điện từ. Phần ứng và thân xú páp. Cuộn dây điện từ.

30 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XÚ PÁP ĐIỆN TỪ. Bảng thông số thời điểm phối khí hệ thống điều khiển xú páp điện từ EMV. Xây dựng mô hình hệ thống. Mô hình hệ thống điện.

Mô hình hệ thống cơ khí. Mô hình hệ thống điện từ. Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển xú páp điện từ bằng simulink. 44 ĐIỀU KHIỂN GIẢM VA ĐẬP CHO XÚ PÁP ĐIỆN TỪ .1 Phƣơng pháp điều khiển giảm va đập cho xú páp điện từ.2 Mô hình hệ thống điều khiển soft landing bằng fuzzy logic.

Mô hình hệ thống điện từ. Mô hình hệ thống điều khiển soft landing bằng fuzzy logic. Kết quả mô phỏng hệ thống xú páp điện từ với bộ điều khiển soft landing bằng fuzzy logic.4 So sánh kết quả và nhận xét. Khuyến nghị và hƣớng phát triển.

67 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 69 vi Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT CHÚ THÍCH TẮT DOHC Hai trục cam đặt trên nắp xy lanh EMV Hệ thống xú páp điện từ EVA Hệ thống điều khiển xú páp bằng điện thuỷ lực ECU Bộ xử lý trung tâm EGR Hệ thống tuần hoàn khí thải GDI Động cơ phun xăng trực tiếp HC Khí xả hydrocacbon HCCI Động cơ nén tự cháy Hệ thống điều khiển thời điểm đóng mở xú páp tiên tiến điều khiển MIVEC bằng điện tử của Mitsubishi SOHC Một trục cam đặt trên nắp xy lanh SGE Động cơ xăng cỡ nhỏ PM/ME Cơ cấu điều khiển giữa nam châm vĩnh cữu và cuộn dây điện từ VVT-I Hệ thống thay đổi thời điểm đóng mở xú páp thông minh VVT Hệ thống thay đổi thời điểm đóng mở xú páp. VTEC Hệ thống điều khiển thay thời điểm và độ mở xú páp bằng điện tử. VVL Hệ thống thay đổi thời điểm phối khí của xú páp vii Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.

Động cơ không trục cam. Cơ cấu EMV dùng bộ chấp hành solenoid. Nguyên lý hoạt động EMV dùng bộ chấp hành solenoid. Cấu tạo của EMV 16 Hình 2.

Nguyên lý hoạt động EMV 17 Hình 2. Điều khiển Soft landing trên EMV 21 Hình 2. Lực lò xo và khoảng dịch chuyển phần ứng 22 Hình 2.Cấu tạo của phần ứng và xú páp trong hệ thống xú páp điện từ. Diện tích tiếp xúc giữa phần ứng (armature) và lõi thép.

Cấu tạo của nam châm.Tiết diện dây dẫn. Mô hình hệ thống điện 34 Hình 3. Sơ đồ chuyển động hệ thống điều khiển điện từ EVM 35 Hình 3. Mô hình hệ thống cơ khí 37 Hình 3.

Đồ thị lực từ theo vị trí phần ứng 38 Hình 3. Mô hình hệ thống điện từ không điều khiển soft landing 39 Hình 3. Sơ đồ khối hệ thống EMV không điều khiển soft landing trong môi trƣờng simulink 40 Hình 3. Đồ thị dịch chuyển của phần ứng ( amature) và xú páp tại tốc độ 3000(vòng/phút)41 Hình 3.Đồ thị vận tốc của phần ứng (armature) và xú páp tại tốc độ 3000(vòng/phút) 42 Hình 3.

Xung điện điều khiển EMV tại tốc độ 3000rpm 43 Hình 4.Các thành phần giá trị của hàm Fuzzy 48 Hình 4. Mô hình hệ thống điện từ có điều khiển soft landing 49 Hình 4. Mô hình điều khiển soft landing bằng fuzzy logic.4 Sơ đồ khối hệ thống EMV có điều khiển soft landing bằng fuzzy logic trong môi trƣờng simulink 51 Hình 4. Đồ thị vị trí của phần ứng (armature )và xú páp theo góc quay trục khuỷu tại tốc độ động cơ 3000(vòng/phút) 53 Hình 4.

Đồ thị vận tốc của phần ứng (armature) và xú páp theo góc quay trục khuỷu tại tốc độ động cơ 3000(vòng/phút) 53 Hình 4. Tín hiệu xung điện điều khiển EMV tại tốc độ động cơ 3000(vòng/phút) 54 viii Luan van Hình 4.8 Đồ thị đặc tính động học của hệ thống EMV ở tốc độ 3000(vòng/phút) khi có và không có điều khiển soft landing. Đồ thị đặc tính động học của hệ thống EMV ở tốc độ 4000(vòng/phút) khi có và không có điều khiển soft landing 60 Hình 4.