Nghiên cứu và xây dựng mô hình phun xăng đánh lửa phục vụ cho công tác giảng dạy tại xưởng thực hành ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHUN XĂNG – ĐÁNH LỬA PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC GIẢNG DẠY TẠI XƯỞNG THỰC HÀNH Ô TÔ Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Tuấn Kiệt 1811252429 18DOTC2 Lê Trọng Khôi 1811250346 18DOTC2 Trần Ngọc Tân 1811252615 18DOTC2 TP Hồ Chí Minh, 2022 MỤC LỤC Phiếu đăng ký tên đề tài Phiếu giao nhiệm vụ Lời cam đoan .i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Abstract .v Mục lục .vii Danh sách chữ viết tắt x Danh sách hình xi Danh sách bảng .xv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .1 1.1 Tính cấp thiết đề tài .1 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Các kết đạt đề tài .3 1.6 Kết cấu đồ án CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Các vấn đề .5 2.2 Khảo sát trạng vấn đề 2.2.1 Loại sa bàn .5 2.2.2 Loại động nổ 2.3 Đề xuất giải pháp 2.3.1 Giải pháp dạng khu mơ hình 12 2.3.2 Giải pháp dạng khu mơ hình 14 2.3.3 Giải pháp dạng khu mơ hình 15 2.4 Minh hoạ giải pháp tối ưu 16 vii CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1.Khái quát hệ thống điều khiển động 18 3.1.1 Khái quát 18 3.1.2 Các tín hiệu đầu vào hệ thống điều khiển động .21 3.1.3 Nhận xét 33 3.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS 33 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa trực tiếp loại bobine đơn 33 3.2.2 Các cảm biến tín hiệu đầu vào 65 3.2.3 Bộ điều khiển điện tử ECM 42 3.2.4 Cơ cấu chấp hành 45 3.3 Hệ thống phun xăng điện tử EFI 50 3.3.1 Tổng quan hệ thống phân phối nhiên liệu 50 3.3.2 Khối cấu chấp hành hệ thống phân phối nhiên liệu 52 3.3.3 Một số vấn đề điều khiển trình phân phối nhiên liệu 59 3.4 Hệ thống tự chuẩn đoán OBD II 64 3.4.1 Hệ thống tự chẩn đoán .64 3.4.2 Công nghệ OBD 69 3.4.3 Cổng giao tiếp OBD II giắc chẩn đoán DLC 74 3.5 Bộ giả lập cảm biến .78 3.5.1 Một số điều kiện ban đầu 78 3.5.2 Bộ giả lập cảm biến 85 3.6 Thay thế hệ thống kim phun bóng đèn dây tóc 89 3.7 Đánh PAN 90 3.7.1 Các mã lỗi thường gặp tín hiệu cảm biến trục cam hư hỏng 90 3.7.2 Một số mã lỗi thường gặp cảm biến vị trí trục khuỷu 90 3.7.3 Một số mã lỗi thường gặp cảm biến nhiệt độ nước làm mát .90 3.7.4 Một số mã lỗi thường gặp cảm biến vị trí bướm ga 90 3.8 Nhận xét .91 viii CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH .93 4.1 Khung kết cấu mơ hình 93 4.2 Thiết kế mạch hệ thống phun xăng đánh lửa .95 4.3 Thiết kế mạch điện tạo pan .97 4.4 Quy trình thi cơng mơ hình 98 4.4.1 Bản vẽ thiết kể tổng thể mô hình 98 4.3.2 Thi cơng khung mơ hình 99 4.3.3 Thi công giao diện trước mơ hình .100 4.4 Thực nghiệm mơ hình 103 4.4.1 Hoạt động mơ hình .103 4.4.2 Tính giao tiếp với thiết bị chẩn đoán .104 4.4.3 Tính tạo pan 106 4.5 Kết phân tích ưu nhược điểm mơ hình 107 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 110 5.1 Kết luận 110 5.2 Hướng phát triển đề tài 110 Tài liệu tham khảo 112 Phụ lục 113 ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT EFI : Electronic Fuel Innjection ECT : Engine Coolant Temperature MPI : Multi-point fuel injection TPS : Throttle Position Sensor ECM: : Electronic Control Module SPI : Single Point Injection BPI : BiPoint Injection ETCS-I : Electronic Throttle Control System – Intelligent MIL : Malfunction Indicator Light DLC : Diagnostic Link Connector MAP : Manifold Absolute Pressure ETCs : Electronic Throttle Control System CMP : Camshaft Position Sensor CKP : Crankshaft Position Sensor BDC : Điểm chết TDC : Điểm chết ESP : Electronic stability program TCS : Traction control system DLTT : Đánh lửa trực tiếp MT : Manual Transmission ECT : Engine coolant temperature DIS : Distributorless ignition systems RPM : Revolutions per minute EGR : Exhaust Gas Recirculation ĐLTT : Đánh lửa trực tiếp THW : Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát CPU : Control Processing Unit x DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Mơ hình dạng bảng theo phương đứng Hình 2.2: Mơ hình phương ngang dùng giảng dạy sinh viên đứng .7 Hình 2.3: Mơ hình động nổ Hình 2.4: Mơ hình sa bàn dạng khung đứng có kết hợp tính chẩn đoán mã lỗi 12 Hình 2.5: Mơ hình sa bàn dạng bảng có kết hợp tính chẩn đoán mã lỗi 14 Hình 2.6: Mơ hình sa bàn dạng nằm có kết hợp tính chẩn đốn mã lỗi 15 Hình 2.7: Mơ hình sa bàn dạng khung đứng có tích hợp tính ch̉n đoán mã lỗi .16 Hình 3.1: Hệ thống điện 18 Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển động xăng 19 Hình 3.3: Mạch nguồn điều khiển khóa điện 22 Hình 3.4: Mạch cấp nguồn điều khiển ECU .23 Hình 3.5: Mạch nối mass 24 Hình 3.6: Điện áp cảm biến 25 Hình 3.7: Điện áp điện trở 26 Hình 3.8: Điên áp ON/OFF 27 Hình 3.9: Tín hiệu STA, STP 28 Hình 3.10: Điện áp cảm biến G, Ne .29 Hình 3.11: Cảm biến bướm ga loại tiếp điểm 30 Hình 3.12: Cảm biến bướm ga loại tún tính 30 Hình 3.13: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .31 Hình 3.14: Cảm biến OXY 32 Hình 3.15: Sơ đồ cấu trúc hệ thống đánh lửa trực tiếp 33 xi Hình 3.16: Vị trí lắp đặt cảm biến trục cam .35 Hình 3.17: Cảm biến trục cam 36 Hình 3.18: Loại cảm biến HALL .37 Hình 3.19: Sơ đồ mạch điện giắc cắm vị trí cảm biến trục cam 37 Hình 3.20: Vị trí lắp cảm biến trục khuỷu 38 Hình 3.21: Sơ đồ mạch điện giắc cảm biến vị trí trục khuỷu 39 Hình 3.22: Vị trí cảm biến bướm ga 40 Hình 3.23: Cấu tạo cảm biến bướm ga 40 Hình 3.24: Sơ đồ ngun lí hoạt động cảm biến vị trí bướm ga 41 Hình 3.25: Sơ đồ mạch điện sơ đồ chân giắc cảm biến vị trí bướm ga 42 Hình 3.26: Bộ điều khiển điện tử ECM 42 Hình 3.27: Sơ đồ khơi cấu trúc ECM 43 Hình 3.28: Cấu trúc CPU .44 Hình 3.29: Chuỗi tín hiệu nhị phân 44 Hình 3.30: Bobine 45 Hình 3.31: Cấu tạo cuộn đánh lửa IC đánh lửa 46 Hình 3.32: Dịng điện cuộn sơ cấp .47 Hình 3.33: Ngắt dịng điện cuộn sơ cấp 47 Hình 3.34: Bugi 48 Hình 3.35: Cấu tạo bugi .48 Hình 3.36: Bugi nóng (bên trái), Bugi lạnh (bên phải) 49 Hình 2.37: Sơ đồ tởng quan hệ thống phân phối nhiên liệu Toyota 51 Hình 2.38: Sơ đồ trúc hệ thống phân phối nhiên liệu 51 Hình 2.39: Cấu trúc ống phân phối nhiên liệu van điều áp 55 Hình 2.40: Van điều áp bơm xăng van giảm rung ống phân phối nhiên liệu 56 Hình 3.41: Sơ đồ mạch điện kim phun nhiên liệu 58 xii Hình 3.42: Sơ đồ mơ tả trình ECU điều khiển chu kỳ phun .59 Hình 3.43: Đồ thị đường đặc tún mơ tả trình hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu tăng tốc giảm tốc .62 Hình 3.44: Đồ thị mơ tả trình hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu khởi động làm ấm động 63 Hình 3.45: Hệ thống điều khiển tự động có chẩn đốn 65 Hình 3.46: Đồ thị lịch sử phát triển hệ thống OBD .70 Hình 3.47: Bề mặt cởng OBD II xếp pin (chân giắc) 74 Hình 3.48: Chân giắc DLC .75 Hình 3.49: Vị trí cảm biến oxy 78 Hình 3.50: Vị trí cảm biến trục cam 80 Hình 3.51: Mạch giả lập tín hiệu nhiệt độ nước làm mát động 82 Hình 3.52: Mạch giả lập tín hiệu nhiệt độ nước làm mát động 83 Hình 3.53: Mạch giả lập tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga 83 Hình 3.54: Tín hiệu xung cảm biến vị trí trục khuỷu trục cam .84 Hình 3.55: Biểu đồ mơ tả đặc tính chuyển đởi dạng tín hiệu 85 Hình 3.56: Sơ đồ khối 85 Hình 3.57: Sơ đồ mạch điện giả lập tín hiệu CKPS 86 Hình 3.58: I2C (Inter-Intergrated Circuit) 86 Hình 3.59: Arduino Uno R3 .87 Hình 3.60: Màn hình LCD .88 Hình 3.61: Mạch so sánh logic 88 Hình 3.62: LM7905 mạch IC ổn áp âm .89 Hình 4.1: Mơ hình sa bàn vật lý hệ thống điều khiển phun xăng đánh lửa .94 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lí mạch điện hệ thống phun xăng – đánh lửa 95 Hình 4.3: Mạch điện tín hiệu cảm biến 97 Hình 4.4: Bản vẽ thiết kế tởng thể mơ hình .98 Hình 4.5: Khung mơ hình 99 xiii Hình 4.6: Giao diện trước mơ hình 100 Hình 4.7: Giao diện phía trước mơ hình sau tiến hành lắp ráp chi tiết .100 Hình 4.8: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa cụm bobine IC đánh lửa 101 Hình 4.9: Sơ đồ mạch điện kim phun 101 Hình 4.10: Bóng đèn dây tóc thay cho kim phun 102 xiv DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1: Phân loại OBD thị trường khác .73 Bảng 3.2: Bảng thông số mã lỗi chung riêng cho hệ thống 77 Bảng 3.3: Mô tả ý nghĩa lỗi hệ thống xe 77 xv nội dung sở lý thuyết chương 03, phần thiết kế đấu nối mạch, cảm biến trở nên cồng kềnh, phức tạp Mặc khác, làm tăng kích thước mơ hình 109 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Sau thời gian thực đề tài “Thiết kế xây dựng mơ hình hệ thống phun xăng – đánh lửa tơ đại” nhóm đạt số kết sau: - Phân tích hệ thống phun xăng đánh lửa trực tiếp và hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử EFI - Phân tích sơ đồ mạch điện của hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử Toyota Vios 2014 - Phân tích hệ thống tự chẩn đoán ô tô và tiêu chuẩn chẩn đoán OBD II - Xây dựng mạch điện giả lập tín hiệu cảm biến: cảm biến trục cam, cảm biến trục khuỷu, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí bàn đạp ga - Thực vẽ kỹ thuật 2D, 3D - Thực thiết kế đánh pan (lỗi) mô hình vật lý - Khảo sát các đề tài, mơ hình học tập có nội dung liên quan và phân tích các ưu, nhược điểm Đưa phương án phù hợp - Thực mơ hình vật lý hệ thống điều khiển phun xăng đánh lửa điện tử động đại 5.2 Hướng phát triển đề tài Sau thực đề tài, nhóm rút kinh nghiệm và đề xuất phương án nghiên cứu, phát triển cho đề tài khác sau này: - Hồn thiện khối tín hiệu đầu vào (khối cảm biến) Giúp tối ưu quá trình điều khiển của hệ thống, cụ thể là quá trình điều khiển phun xăng - đánh lửa chẩn đoán - Phát triển thêm tính đo kiểm thông số chi tiết như: cụm bô-bin, kim phun, relay, cầu chì thiết bị đo VOM 110 - Tích hợp mạch giả lập vào chung cụm hệ thống nhằm giảm phần thiết kế và đấu nối mạch của cảm biến Từ sẽ giảm kích thước mơ hình số lượng dây nối 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.Nguyễn Văn Nhanh, Th.S Phạm Hữu Nghĩa Hệ thống điều khiển tự động ô tô Đại học Công nghệ TP.HCM [2] PGS TS Nguyễn Duy Tiến Nguyên lý động đốt NXB Giao thông vận tải (2007) [3] Ths Đặng Duy Khiêm Giáo trình thực hành hệ thống điều khiển động Đại học sư phạm kỹ thuật Vĩnh Long (2015) [4] Nguyễn Oanh Ơ tơ hệ - Phun xăng điện tử EFI NXB Tổng hợp TP HCM (2008) [5] Nhiều tác giả Tủ sách nghệ tinh - Chuyên ngành Kỹ thuật ô tô xe máy đại NXB Trẻ (2010) [6] Phạm Quốc Huy Giáo trình Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống đánh lửa- phun xăng điện tử Trường Cao Đẳng nghề Đà Lạt (2017) [7] Phần mềm Toyota TIS [8] oto-hui Cổng OBD II giải thích mã lỗi 23/7/2021 https://news.oto-hui.com/cong-obd-ii-va-giai-thich-ma-loi/ [9] tapchikhcn Thiết kế mạch hiển thị tín hiệu cảm biến hệ thống điều khiển động đốt hình LCD 10/2021 https://jst-haui.vn/media/30/uffile-upload-no-title30617.pdf [10] dienotohue Cấu tạo ECU 2019 http://dienotohue.com/dien-oto/sua-chua-ecu-oto 112 Phụ lục BẢN VẼ Bản vẽ thiết kế khung mơ hình phun xăng - đánh lửa phục vụ cho công tác giảng dạy xưởng thực hành 113 Bản vẽ thiết kế khung mặt mơ hình phun xăng – đánh lửa phục vụ cho công tác giảng dạy xưởng thực hành 114 Sơ đồ mạch điều khiển động Toyota Vios 2014 (1) 115 Sơ đồ mạch điều khiển động Toyota Vios 2014 (2) 116 Sơ đồ mạch điều khiển động Toyota Vios 2014 (3) 117 Sơ đồ mạch điều khiển động Toyota Vios 2014 (4) 118 Sơ đồ mạch điều khiển động Toyota Vios 2014 (5) 119 Sơ đồ mạch điều khiển động Toyota Vios 2014 (6) 120 Sơ đồ mạch điều khiển động Toyota Vios 2014 (7) 121 Sơ đồ mạch điều khiển động Toyota Vios 2014 (8) 122 Sơ đồ mạch điều khiển động Toyota Vios 2014 (9) 123 ... đã quyết định lựa cho? ?n đề tài ? ?Nghiên cứu và xây dựng mô hình phun xăng đánh lửa phục vụ cho công tác giảng dạy tại xưởng thực hành ô tô? ?? làm ? ?ô? ? án tô? ?t nghiệp đại học... thống phun xăng đánh lửa ô tô hiện đại - Phân tích được quá trình điều khiển phun xăng - đánh lửa điện tử ô tô hiện đại - Thiết kế, xây dựng được mô hình vật lý hệ thống... lại kiến thức về hệ thống điều khiển phun xăng – đánh lửa ô tô hiện 2.2 Khảo sát thực trạng vấn đề Mô hình phun xăng đánh lửa tại xưởng thực hành ô tô tại sở nhà Trường theo