Nghiên cứu chế tạo bộ thu thập dữ liệu động cơ xăng phục vụ giảng dạy thực hành

Thạc sĩThuộc chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực.Thời gian đào tạo: 2020- 2022.Nơi học trường, thành phố: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.Tên đồ án, luận án hoặc môn th

Đặt vấn đề

Việc xác định các thông số cảm biến trên động cơ giúp ích cho việc xác định hư hỏng của cảm biến, lắp sai vị trí cảm biến, ngắn mạch dây dẫn, đứt dây dẫn nối cảm biến và hộp điều khiển động cơ.

Việc chẩn đoán hư hỏng của động cơ liên quan đến các cảm biến, phun xăng, đánh lửa chỉ đọc qua máy chẩn đoán hay phần mềm chuyên dùng techstream nhưng số lượng máy chẩn đoán còn hạn chế vì giá thành khá cao, đặc biệt là với ngân sách hạn hẹp của các trường cao đẳng, dạy nghề… Bắt nguồn từ thực tế cần tìm giải pháp thay thế máy chẩn đoán để đọc dữ liệu cảm biến, chẩn đoán động cơ xăng với giá thành rẻ, sử dụng các thiết bị hay linh kiện sẵn có, các phần mềm chuyên ngành… Với mục tiêu như thế, tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo bộ thu thập dữ liệu động cơ xăng phục vụ giảng dạy thực hành”

“Nghiên cứu chế tạo bộ thu thập dữ liệu động cơ xăng phục vụ giảng dạy thực hành”, thiết bị này có thể sử dụng như một máy chẩn đoán đọc dữ liệu cảm biến trên mô hình động cơ xăng với độ chính xác và tin cậy cao.

Nghiên cứu ngoài nước

Việc sử dụng ô tô nguyên bản, chi tiết lắp ghép ô tô phục vụ cho việc thực hành sinh viên với đầy đủ tính năng từ chẩn đoán đến thực hành tháo lắp Tuy nhiên có vài vấn đề xảy ra:

 Giá thành cao nên các cơ sở đào tạo khó bố trí để phục vụ cho công tác giảng dạy.

 Việc đặt mua mô hình và thời gian nhập khẩu về Việt Nam khá lâu.

Hình 1 1: Mô hình học cụ ngành công nghệ ô tô

Ngoài việc sử dụng máy chẩn đoán, họ còn nghiên cứu, thiết kế ra nhiều phần mềm, thiết bị có thể giao tiếp, mô phỏng để hướng dẫn và chẩn đoán ô tô:

Tác giả Saiful Zulkiflivới đề tài: Van tiết lưu điện tử bằng dây cho xe hybrid sử dụng Compact RIO và Labview Real - Time [1].Một van tiết lưu điện đưa gió thêm vào ống nạp giúp tăng nhẹ vòng tốc độ động cơ Mô tả việc thực hiện một van tiết lưu điện ở bướm ga điện tử trong một chiếc xe điện hybrid Van tiết lưu điện được khiển qua labview.

Tác giả ZHANG Wen-Guang đã: Làm thiết bị thử nghiệm ABS dựa trên LabVIEW [2] Sử dụng phần mềm đồ họa LabVIEW làm cốt lõi và kết hợp thẻ thu thập dữ liệu phanh ABS Hiển thị hiệu suất phanh, tốc độ phanh, khoảng cách phanh, vận tốc góc và tốc độ trượt để phân tích hiệu suất và cải thiện thuật toán điều khiển.

Tác giả Tiến sĩ Dhanasekaran với đề tài: ECU động cơ được giám sát qua Labview [3] Không có ECU thì sẽ không có động cơ sạch, mạnh mẽ, tiết kiệm, kết hợp các tính năng an toàn, hiệu suất của hộp điều khiển động cơ sẽ được minh họa trên phần mềm mô phỏng Labview để khai thác thêm sức mạnh và hiệu suất trên xe của họ.

Tác giả Mohd Azlan Abu với đề tài: Hệ thống phanh ô tô tự động sử dụng Labview [4] Thay thế hệ thống cảnh báo lùi ô tô thông thường thành một ứng dụng mà nó sẽ phản ứng với phạm vi chướng ngại vật và dừng xe khi đến gần chướng ngại vật.

Nghiên cứu trong nước

Rất nhiều tác giả bằng chính khả năng đã tìm hiểu sau đó chế tạo thiết bị giả lập trên máy tính, đọc tín hiệu, giám sát:

Thạc sĩ Nguyễn Hoàng Luân [5]với đề tài: Nghiên cứu chế tạo các mạch tạo pan động cơ ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy Tác giả: tạo ra nhiều lỗi giống khi động cơ gặp sự cố các lỗi này từ cảm biến, nguồn điện, dây dẫn, các pan lỗi sẽ được đều sử dụng máy tính để điều khiển Kết quả: các pan lỗi động cơ khi xảy ra cố giống tình trạng thực tế khi xe đang chạy, từ đây tiến hành chẩn đoán, đề ra phương pháp sửa chữa.

Thạc sĩ Lê Minh Đảo [6] với đề tài: Nghiên cứu việc sử dụng Labview để mô phỏng 3D ổn định chuyển động ô tô Tác giả: Thay vì sử dụng ô tô thật để đánh giá, kiểm tra, thiết kế bằng cách giả lập xe đang chạy dưới mặt đường không bằng phẳng Kết quả: qua mô phỏng xe ô tô đưa ra những đề xuất giúp ô tô chuyển động ổn định hơn trong quá trình quay vòng.

Thạc sĩ Nguyễn Văn Lạc [7] với đề tài: Nghiên cứu chế tạo băng thử các loại kim phun có giao tiếp máy tính Tác giả: Băng thử kim phun xăng trên động cơ ô tô dùng Labview để xử lý hình ảnh khi kim phun phun nhiên liệu, nhằm giúp đánh giá được kim phun.

Thạc sĩ Nguyễn Mạnh Chiến.[8]với đề tài: Thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng can Tác giả: Phát triển hộp điều khiển giao tiếp CAN, giúp hiểu rõ hơn về đường truyền CAN trên ô tô.

Tính cấp thiết của đề tài

Thiết bị thu thập dữ liệu động cơ xăng đáp ứng được cho nhiều nhóm sinh viên thực hành thu thập dữ động cơ thay thế máy chẩn đoán với các linh kiện có sẵn, giá thành rẻ, dễ sử dụng… mà hoạt động hiệu quả, độ tin cậy, chính xác.

Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

Chế tạo bộ thu thập dữ liệu động cơ xăng giao tiếp máy tính sử dụng để đọc cảm biến sau đó hiển thị lên Màn hình máy tính như đồng hồ đo giá trị điện áp, phun xăng,đánh lửa, đồ thị xung.

1.5.2 Đối tượng nghiên cứu Động cơ phun xăng.

Nghiên cứu viết code phần mềm đồ họa Labview.

Nghiên cứu lập trình trên board arduino UNO.

Nhiệm vụ - phạm vi nghiên cứu

Bộ thiết bị đọc dữ liệu động cơ xăng trên cơ sở các thiết bị thật và mô hình thật. Kết hợp các tài liệu sửa chữa động cơ camry 2.5Q.

Bộ thiết bị đọc dữ dữ liệu sử dụng chính xác, không ảnh hưởng đến động cơ thu thập.

1.6.2 Phạm vi Ứng dụng trong việc giảng dạy thực hành nên tác giả chỉ giới hạn ở động cơ 2AR-

FE với các cảm biến: cảm biến đo lưu lượng khí nạp, cảm biến nhiệt độ động cơ, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến trục khuỷu, cảm biến trục cam, cảm biến kích nổ, cảm biến oxy, tín hiệu phun xăng, tín hiệu đánh lửa Chỉ xin giới hạn việc trình bày kết quả thi công dưới dạng sản phẩm hoàn thiện, không tính toán kết cấu và sức bền cho từng chi tiết trong mô hình.

Trong quá trình thực hiện tác giả đã kết hợp nhiều phương pháp để thực hiện:

 Phương pháp nghiên cứu cơ sở lý thuyết: Lý thuyết điều khiển động cơ phun xăng điện tử.

 Phương pháp nghiên cứu lập trình, mô phỏng: Phần mềm Arduino IDE, phần mềm proteus.

 Phương pháp thiết kế mạch điều khiển: Lập trình vi điều khiển Arduino UNO.

 Phương pháp thực nghiệm: Kiểm tra ở nhiều tốc động cơ khác nhau bằng thiết bị thu thập dữ liệu động cơ xăng, đem kết quả thu thập được so sánh máy chẩn đoán.

 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu: Lập trình LabVIEW.

Cấu trúc luận văn

Luận văn được thực hiện trong 5 chương bao gồm:

Chương 1: Tổng quan (Lý do chọn đề tài, tổng hợp những nghiên cứu trong và ngoài nước, phương pháp thực hiên, phần mềm vi điều khiển).

Chương 2: Cơ sở lý thuyết (Đúc kết các cảm biến dùng trên động cơ 2AR -FE, các giá trị của cảm biến như điện áp, điện trở, nhiệt độ…hàm nội suy của cảm biến).

Chương 3: Thiết kế, chế tạo thiết bị thu thập dữ liệu (Nghiên cứu thiết kế mạch, lập trình arduino, lập trình LabVIEW).

Chương 4: Kết quả và đánh giá (Thực nghiệm thu thập dữ liệu động cơ, thực nghiệm ở nhiều tốc độ động cơ khác nhau, so sánh kết quả thực nghiệm với máy chẩn đoán, kết hợp nhiều bài tập thực hành kiểm tra cảm biến với thiết bị thu thập dữ liệu)

Chương 5: Kết luận (Tổng kết đề tài, hạn chế, hướng pháp triển)

Nội dung chương 1 phân tích các công trình trong nước và ngoài nước. Đề tài nghiên cứu chế tạo bộ thu thập dữ liệu động cơ xăng phục vụ giảng dạy thực hành rất thiết thực và có hiệu quả trong thời gian tới Đúng với phương châm lý thuyết với đi đôi thực hành.

Kết quả của đề tài đóng góp về mặt khoa học kỹ thuật, kích thích khả năng tìm tòi. Đề tài có thể sử dụng rộng rãi trong xưởng thực hành.

Cấu trúc của động cơ phun xăng điện tử

2.1.1 Sơ đồ cấu trúc động cơ phun xăng

 Cấu trúc động cơ phun xăng: đầu vào (inputs) là cảm biến, công tắc; điều khiển động cơ là ECU, đầu ra (outputs) là bộ chấp hành (actuators) như: kim phun, bobine, cầm chừng, bù ga không tải.

Hình 2 1: Cấu trúc động cơ phun xăng

2.1.2 Vị trí lắp đặt bộ đọc dữ liệu

Hình 2 2: Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo với hệ thống điện-điện tử điều khiển động cơ

Lý thuyết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cảm biến

Hình 2 3: Cảm biến đo gió

Cảm biến đo gió là cảm biến dây nhiệt dùng để đo lượng gió vào động cơ, từ đó xác định lượng phun cơ bản và việc đánh lửa sớm, trên động cơ 2AR-FE sử dụng đo gió dây nhiệt

Khi có dòng điện chạy qua dây sấy làm nó sẽ nóng lên, lúc này không khí chạy qua dây nhiệt sẽ được làm nguội Sau đó, tăng dòng điện chạy vào dây nhiệt này, giữ cho nhiệt độ của dây nhiệt này không đổi Dòng điện chạy vào ứng với khối lượng không khí nạp vào Khối lượng không khí nạp vào có thể đo bằng cách phát hiện ra dòng điện tăng hay giảm Thông qua chân VG đi vào ECU động cơ

Hình 2 4: Sơ đồ nguyên lý làm việc của đo gió dây nhiệt

Bảng 2.1:Mối tương quan giữa không khí - điện áp

Hình 2 5: Đồ thị và hàm nội suy cảm biến đo gió

2.2.2 Cảm biến nhiệt độ không khí nạp

Cảm biến nhiệt độ khí nạp được lắp cùng cảm biến đo gió hoặc trên bầu lọc gió để biết được nhiệt độ không khí bên ngoài sau đó tăng hoặc giảm thời gian phun.

Hình 2 6: Kết nối cảm biến nhiệt độ khí nạp

Khi thời tiết bên ngoài lạnh oxy trong không khí cao phải tăng lượng xăng phun lên nếu không hòa khí sẽ nhạt khó cháy.

Khi thời tiết lạnh quá trình cháy cũng sẽ chậm nên cần đánh lửa sớm.

Bảng 2.2:Chuyển đổi giữa điện áp và nhiệt độ

Nhiệt độ khí nạp ( o C) Điện áp (V) Nhiệt độ khí nạp ( o C) Điện áp (V)

Dựa vào bảng 2.2 ta vẽ được đường đặc tính và nội suy được hàm tính nhiệt độ khí nạp theo điện áp.

Hình 2 7: Nguyên lý cảm biến nhiệt độ không khí nạp

Cảm biến nhiệt độ khí nạp bản chất là con nhiệt điện trở âm, khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở sẽ giảm, khi điện trở giảm thì giá trị điện áp sẽ tăng lên lúc này tín hiệu điện áp gửi từ chân THA về ECU, lúc này ECU sẽ biết được nhiệt độ khí nạp bên ngoài.

Hình 2 8: Hàm nội suy nhiệt độ khí nạp

2.2.3 Cảm biến nhiệt độ động cơ

Cảm biến nhiệt độ động cơ được lắp ở vị trí có nhiệt độ nước cao hoặc gần van hằng nhiệt để đo nhiệt độ động cơ Cảm biến này dùng để điều khiển quạt làm mát Nếu lúc mới khởi động lúc này nhiệt độ động cơ thấp cần dựa vào cảm biến để tăng lượng phun giúp các chi tiết được giãn nở đều trước khi cho động cơ kéo tải.

Hình 2 9: Nguyên lý cảm biến nhiệt độ động cơ

Cảm biến nhiệt độ động cơ bản chất là con nhiệt điện trở âm, khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở sẽ giảm, khi điện trở giảm thì giá trị điện áp sẽ tăng lên lúc này tín hiệu điện áp gửi từ chân THW về ECU, lúc này ECU sẽ biết được nhiệt độ động cơ điều chỉnh lượng phun xăng phù hợp.

Hình 2 10: Hàm nội suy cảm biến nhiệt độ động cơ

2.2.4 Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến vị trí bướm ga là một cụm bao gồm một cụm IC hall và môtor xoay cánh bướm ga Dữ liệu IC hall dùng để xác định tải từ đó tăng giảm lượng phun xăng cho phù hợp, tăng góc đánh lửa sớm nếu tăng ga, điều chỉnh cầm chừng khi nhiệt độ động cơ nguội, tăng phụ tải, đối với hộp số tự động thì điều khiển sang số.

Hình 2 11: Cấu tạo cảm biến bướm ga

Loại hall: cảm biến có hai tín hiệu điện áp thay đổi theo độ mở bướm ga là VTA1 và VTA2 giá trị không tải là tương ứng là 0,7V và khi đạp hết ga là 4,5V, điện áp ở hai chân VTA1 và VTA2 là giá trị song song để dễ dàng xác định hư hỏng, tăng độ chính xác khi đo độ mở bướm ga.

Hình 2 12: Nguyên lý làm việc cảm biến bướm ga

Dựa vào bảng 2.3 ta vẽ được đường đặc tính và nội suy được hàm tính phần trăm độ mở bướm ga theo điện áp.

Bảng 2.3: Đặc tính góc mở bướm ga theo điện áp

Hình 2 13: Hàm nội suy điện áp bướm ga

Cảm biến oxy là thiết bị đo nồng độ oxy còn thừa trong quá trình cháy, giúp động cơ điều chỉnh lượng phun xăng phun phù hợp, vẫn giữ được công suất động cơ mà còn đạt tiêu chuẩn về khí thải Có hai loại cảm biến oxy là loại nung nóng và không nung nóng.

Loại nung nóng bên trong có dây sấy sử dụng điện áp ắc quy để đưa thiết bị vào nhiệt độ làm việc khoảng 350 o C Loại không nung không có dây sấy, thiết bị sử dụng khí xả để nung nóng đến nhiệt độ làm việc nên mất thời gian sau mới đo được nồng độ oxy.

Hình 2 14: Cấu tạo cảm biến oxy

1-Thân, 2- Đệm, 3- Dây nối, 4- Vỏ, 5- Thanh tiếp xúc, 6- Gốm Zro2, 7- Màn bảo vệ

Sau kỳ nổ khí cháy sẽ thoát ra theo đường ống xả tiếp xúc với cảm biến oxy qua đầu dò, lúc này thiết bị sẽ phát ra hiệu điện thế tỉ lệ nghịch với nồng độ oxy có trong khí xả và gửi tín hiệu đo được về hộp điều khiển.

Hình 2 15: Nguyên lý hoạt động cảm biến oxy Điện áp sẽ ở mức 0,1V nếu lượng khí thải có hàm lượng oxy cao, điện áp sẽ chạm ngưỡng 0,9V nếu hàm lượng oxy trong khí thải thấp Lúc này hộp điều khiển sẽ điều chỉnh lượng phun xăng sao cho đạt lý tưởng nhất.

2.2.6 Cảm biến vị trí trục cam

Cảm biến có hai loại là cảm ứng điện từ và hall Được lắp trên delco hay ở trục cam Loại cảm ứng điện từ nó như một máy phát điện mini khi đĩa quay thì ở cuộn dây tạo ra một xung điện hình sin gửi về hộp điều khiển.

Hình 2 16: Cảm biến điện từ

Khác với cảm biến điện từ loại hall sẽ thêm vi điều khiển là IC phải có nguồn điện cấp mới hoạt động, khi hoạt động sẽ tạo ra xung điện dạng vuông

Từ tín hiệu cảm biến trục cam hộp điều khiển biết được điểm chết của máy số 1 và các máy khác từ đó xác ra lệnh đánh lửa và phun nhiên liệu

Hộp điều khiển động cơ

Hộp điều khiển hay còn gọi là hộp đen nó là bộ não xử lý tất cả mọi thông tin từ cảm biến gửi đến điều khiển động cơ, đảm bảo sự vận hành của xe ổn định.

Lưu trữ mọi thông tin cho việc chẩn đoán, ra lệnh cho các cơ cấu chấp hành.

Hình 2 23: Sơ đồ hộp điều khiển động cơ

ROM: thông tin trong bộ nhớ đã được lưu Các thông tin trong bộ nhớ ROM có thể xem mà không được nạp thêm vào Đây là nơi cung cấp thông tin cho hộp điều khiển.

PROM: thông tin trong bộ nhớ đã được lưu Nhưng chỉ khác cho phép người dùng xem và hiệu chỉnh được như kích hoạt thêm tính năng ẩn, điều chỉnh lại tốc độ cầm chừng, góc lái.

RAM: mọi thông tin trên xe sẽ được lưu tại RAM Cho phép đọc và nạp dữ liệu, mọi thông trong bộ nhớ sẽ được lưu dù bị mất nguồn từ ắc quy.

KAM: lưu trữ các thông tin mới cung cấp cho hộp điều khiển, khi tắt chìa khóa bộ nhớ sẽ vẫn được lưu, nhưng sẽ mất dữ liệu khi mất nguồn ắc quy.

Bộ vi xử lý: các thông tin trên xe thông quá các bộ nhớ sau đó truyền đến hộp điều khiển để xử lý và ra lệnh cho cơ cấu chấp hành phù hợp. Đường truyền BUSS: tất cả thông tin gửi đến hộp điều khiển và cơ cấu chấp hành nhanh hay chậm phụ thuộc vào đường truyền Các đường truyền thường sử dụng là 4, 8, 16, 32 bit.

Mạch giao tiếp ngõ vào:

Dùng để chuyển đổi tín hiệu từ điện áp sang xung tin hiệu cần thiết.

Hình 2 24: Thiết bị đổi tín hiệu A/D

Thiết bị đếm: xác định thiết bị đã quay bao nhiêu vòng rồi gửi số vòng đã đếm về hộp điều khiển.

Thiết bị khuếch đại (Amplifier):điện áp từ các thiết bị yếu sẽ được khuếch đại lên rồi về hộp điều khiển

Hình 2 26: Thiết bị khuếch đại.

Thiết bị ổn áp:Hạ điện áp ắc quy xuống 5V để cung cấp cho CPU, các IC, cảm biến.

Hình 2 27: Thiết bị ổn áp

Thiết bị giao tiếp:điều khiển, kích mở điều khiển role, van, motor.

Hình 2 28: Thiết bị giao tiếp

Điều khiển hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa giúp đốt cháy hòa khí, đây là thiết bị chuyển đổi điện áp DC 12V của ắc quy thành dòng điện AC cao áp 15 đến 40KV.

Hệ thống đánh lửa bao gồm các thiết bị như bugi, bobine, bộ chia điện Tùy theo từng xe mà có sự lắp ghép các thiết bị với nhau Loại thường sử dụng nhất là bobine đôi đơn cho từng máy hoặc bobine đôi cho hai máy.

Hình 2 29: Bo bine - IC tích hợp

Loại bobine đôi sẽ có cuộn dây sơ thấp và thứ cấp, cuộn dây sơ cấp có số vòng dây quấn ít hơn nhiều so với cuộn thứ cấp, một đầu dây cuộn sơ cấp sẽ nối với hộp điều khiển

- một đầu nối nối với nguồn ắc quy, một đầu cuộn dây thứ cấp nối với ắc quy đầu còn lại nối với bugi.

Hình 2 30: Mạch điện mobine - IC

Khi trục khuỷu quay tín hiệu này sẽ gửi về hộp điều khiển, khi đã xác định được máy 1 cần đánh lửa hộp điều khiển ngắt nhanh điện áp tại chân IGT1 làm cho từ thông ở cuộn sơ cấp giảm đột ngột tạo ra sức điện động ngược, lúc này ở cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện hiệu ứng tự cảm với hiệu điện thế lớn khoảng 40kV tạo thành tia lửa ở điện cực bugi, đồng thời có tín hiệu phản hồi đánh lửa từ chân IGF về hộp điều khiển, việc này phục vụ cho việc chẩn đoán.

Dựa vào tín hiệu các cảm biến, ECU thu thập, phân tích dữ liệu để đưa ra các tính toán điều khiển các cơ cấu chấp hành như phun xăng, đánh lửa, relay Để đưa động cơ đạt công suất tối đa, giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm nhiên liệu Chương 2 là cơ sở lý thuyết để thiết kế bộ thu thập dữ liệu động cơ xăng.

Thiết kế phần cứng

3.1.1 Mô hình động cơ Toyota 2AR - FE.

Hình 3 1: Mô hình động cơ 2AR- FE

Chọn lọc các tín hiệu cơ bản cần thu thập:

Nhiệt độ khí nạp: THA.

Khối lượng khí nạp: VG.

Bàn đạp ga: VPA1 - VPA2.

Tín hiệu trục khuỷu: NE.

Ta có thể chọn 1 trong các loại xung tính sau để thực hiện đo kiểm.

Hình 3 2: Xung tín hiệu trục cam (G)

Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu (Ne)

Hình 3 3: Hình dạng xung của tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu (Ne)

Tín hiệu điều khiển đánh lửa ở máy 1: IGT

Hình 3 4: Hình dạng xung tín hiệu đánh lửa ở máy 1 (IGT1)

Qua các đồ thị hình cả 3 loại xung tín hiệu này đều có thể tính toán để đưa ra được tốc độ Tuy nhiên ở tín hiệu Ne và G cần phải điều chỉnh lại hình dạng xung phù hợp(chuyển về dạng xung vuông) để dễ dàng thực hiện tính toán Nên tác giả chọn tín hiệu đánh lửa ở máy 1 (igt1) để đo tốc độ động cơ.

3.1.3 Lưu đồ thuật toán code Arduino

Quá trình thu thập tín hiệu được thực hiện chủ yếu trên board Arduino thông qua việc lập trình trên phần mềm Arduino IDE Các cảm biến có tín hiệu điện áp sau khi được thu thập qua chân analog với độ phân giải 10 bit sẽ chuyển đổi tín hiệu điện áp từ 0 - 5 V thành dãy giá trị từ 0 - 1023 Các tín hiệu đánh lửa và kim phun sử dụng digital chân số 2, 3 có hỗ trợ ngắt ngoài để tính toán thời gian phun, thời gian ngậm lửa và tốc độ động cơ.

Hình 3 5: Lưu đồ thuật toán tổng quát code Arduino

3.1.2 Thiết kế chế tạo thiết bị thu thập dữ liệu động cơ xăng Để đọc các cảm biến từ động cơ xăng tác giả dùng mạch có giá trị điện trở phù hợp để giảm dòng điện đi vào vi điều khiển arduino UNO, được cài đặt phần mềm IDE sử dụng cho việc viết code, kiểm tra, nạp code cho board arduino UNO, phần mền JKI VI Package Manager được sử dụng cài phần mền LabVIEW Interface for Arduino để kết nối giữa Labview và board arduino, phần mềm LabView để tính toán dữ liệu từ arduino xử lý và hiển thị hình ảnh.

Các tín hiệu thực hiện thu thập bao gồm: phun xăng, đánh lửa, khối lượng gió, độ mở bướm ga, bàn đạp ga, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước, tín hiệu trục khuỷu, tín hiệu trục cam, cảm biến oxy.

Các bước tiến hành thiết kế mạch thu thập tín hiệu:

Bước 1:Lựa chọn điện trở:

Các cảm biến được thu thập qua board Arduino Uno nhưng mỗi chân của board Arduino có thông số về điện áp và dòng điện nhất định, trong khi đó tín hiệu của các cảm biến có điện áp vượt quá ngưỡng cho phép của Arduino Uno nên các tín hiệu này cần phải được qua điện trở trước khi đưa vào board Arduino Bảng 3.1 liệt kê trị số điện trở lựa chọn cho các cảm biến.

Bảng 3.1: Lựa chọn điện trở:

Tín hiệu Điện trở Tín hiệu Điện trở

Nhiệt độ nước làm mát 1.5 KΩ Khối lượng khí nạp 1.5 KΩ Nhiệt độ khí nạp 1.5 KΩ Tín hiệu đánh lửa 1.5 KΩ

Vị trí bướm ga 1.5 KΩ Tín hiệu kim phun 10 KΩ

Vị trí bàn đạp ga 1.5 KΩ Cảm biến oxy 1.5 KΩ

Tín hiệu kích nổ 1KΩ Tín hiệu NE, G 1KΩ

Bước 2: Lựa chọn vị trí các trên board Arduino: Đối với cảm biến gửi tín hiệu điện áp tác giả sử dụng chân analog để đọc tín hiệu: khí nạp, nhiệt độ nước - không khí, độ mở bướm ga - bàn đạp ga ứng với các chân A0, A1, A2, A3, A4, A5 Các cảm biến phát ra tín hiệu xung sử dụng chân có hỗ trợ ngắt (Interrupt) để thực hiện tính toán tốc độ, thời gian ngậm lửa - phun xăng tương ứng với chân digital, kết nối với 2 chân ngắt 2, ~3 để thể hiện xung vuông và thời gian Tín hiệu trục khuỷu, trục cảm có điện áp xoay chiều sẽ kết nối với chânGND của arduino UNO và chân A0, A1 để thể hiện đồ thị xung hình sin.

Hình 3 6: Cấu tạo board arduino UNO

1 Cáp USB: Dùng để kết nối đường truyền giữa máy tính và bo arduino.

2 IC Atmega 16U2: Tạo cổng COM ảo từ đó lập trình cho vi điều khiển Atmega 328p hoặc Atmega 2560.

3 Cổng nguồn ngoài: Cấp nguồn cho arduino từ nguồn 5V bất kỳ.

4 Cổng USB: Là cổng kết nối với cáp USB.

5 Nút reset: Dùng để reset để chạy lại chương trình hoặc khi chương trình bị lỗi người dùng ấn để reset lại bo arduino

6 ICSP của Atmega 16U2: Đây là chân giao tiếp SPI của chip Atmage 16U2.

7 Chân digital: Có tất cả 14 chân dùng để đọc và xuất tín hiệu xung, chân có dấu ~ là chân có thể băm xung PWM có thể điều khiển tốc độ động cơ hoặc độ sáng của đèn.

8 IC Atmega 328: Là linh hồn của bo mạch arduino Uno, IC dùng trong việc thu thập tín hiệu từ các cảm biến, xử lý hình ảnh, xuất tín hiệu ra.

9 Chân ICSP của Atmega 328: Dùng để kết nối chân arduino khác.

10 Chân anolog: Dùng để lấy tín hiệu anolog hay còn gọi là tín hiệu tương tự có 6 chân từ A0 đến A5.

11 Chân cấp nguồn: Có sẵn chân điện áp 5v, 3,3v, chân mass dùng để cấp nguồn cho cảm biến, relay, motor.

Bước 3: Các thiết bị đã lựa chọn sẽ lắp đặt vào hộp là sản phẩm hoàn thiện.

Bảng 3.2: Thống kê các thiết bị sử dụng:

(cái) Phụ kiện Số lượng

Board Arduino Uno R3 1 Dây bus cái 8 chân 20 Điện trở 1.5 KΩ 20 Dây bus đực 8 chân 20 Điện trở 100 Ω 1 Giắc cắm đực 20 Điện trở 10 KΩ 1 Bảng mạch đồng 2

Bước 4:Mô phỏng mạch trên Proteus.

Hình 3 7: Mạch thu thập dữ liệu mô phỏng trên Proteus

Hình 3 8: Mạch thu thập dữ liệu sau khi chế tạo

Bước 5: Ghép nối máy tính với hộp thiết bị thu thu thập dữ liệu qua cổng giao tiếp RS232.

3.1.5 Lưu đồ đọc dữ liệu xung từ 2 chân digital

Hình 3 9: Phương thức xử lý tín hiệu digital

3.1.6 Lưu đồ đọc dữ liệu từ chân analog

Hình 3 10: Lưu đồ gửi dữ liệu từ arduino lên máy tính

3.1.4 Lưu đồ gửi dữ liệu lên máy tính

Hình 3 11: Phương thức xử lý tín hiệu analog

Chương trình trên LabVIEW

3.2.1 Sơ đồ ghép nối phần mền Labview và arduino

Hình 3 12: Sơ đồ ghép nối phần mềm labview và arduino

Hình 3 13: Sơ đồ cổng kết nối

3.2.2 Tách dữ liệu thu thập từ cảm biến

Sau khi nhận được dữ liệu truyền đến từ giao tiếp RS232, chúng ta sử dụng các khối Match Pattern để tách riêng biệt từng dữ liệu ra.

Hình 3 14: Sơ đồ khối tách dữ liệu.

Lập trình code trên phần mềm labview thu thập dữ liệu tín hiệu

3.3.1 Code Labview cảm biến vị trí bàn đạp ga - bướm ga

Hình 3 15: Code labview cảm biến vị trí bàn đạp ga - bướm ga

Phần code Labview là phần công thức, giá trị đọc từ bàn đạp ga qua hàm nội suy chuyển đổi thành giá trị điện áp bao gồm 2 giá là VPA và VPA2 có giá trị song song điện áp từ 0 - 5V, VTA, VTA2 Điện áp thu được phân giải thành tín hiệu bit (0 đến 1023) trên labview, sau đó dùng hàm nội suy chuyển đổi thành giá trị theo điện áp, % độ mở bàn đạp ga, % độ mở bướm ga.

Hình 3 16: Thể hiện giá trị bướm ga và bàn đạp ga

Labview thể hiện giá trị độ mở bướm ga (%) và độ mở bàn đạp ga, giá trị điện áp của chân VPA, VPA2 (Vol), và tốc độ động cơ.

Giá trị điện áp chân VPA - VPA2 được thể hiện trên đồ thị với 2 đường thẳng song song dễ quan sát và so sánh, tương tự với chân VTA - VTA2.

3.3.2 Code Labview thu thập cảm biến nhiệt độ - đo gió

Hình 3 17: Code Labview thu thập cảm biến nhiệt độ - đo gió

Phần code Labview là phần công thức chuyển đổi, hàm nội suy, giá trị điện áp từ cảm biến bao gồm nhiệt độ nước (THW), nhiệt độ không khí (THA), lưu lượng khí nạp (VG) có giá trị điện áp từ 0 - 5V Giá trị điện áp thu được phân giải thành tín hiệu bit (0 đến 1023) trên labview, sau đó dùng công thức chuyển đổi, hàm nội suy chuyển thành giá trị theo điện áp, khối lượng (g/s), nhiệt độ ( 0 C).

Hình 3 18: Hình thể hiện giá trị các cảm biến nhiệt độ - đo gió

Labview hiển thị giá trị đo gió, nhiệt độ Chuyển đổi giá trị điện áp thành khối lượng, nhiệt độ, tốc độ.

3.3.3 Code Labview thu thập tín hiệu kim phun - độ mở bướm ga

Hình 3 19: Hình code Labview thu thập tín hiệu kim phun - độ mở bướm ga

Phần code Labview sẽ lấy tín hiệu từ arduino sau đó chuyển đổi giá trị như thời gian phun nhiên liệu và đồ thị xung vuông.

Hình 3 20: Hình thể hiện thời gian phun xăng

Labview hiển thị thời gian của kim phun số 1, 2, 3, 4 và phần trăm độ mở bướm ga.

3.3.4 Code Labview thu thập tín hiệu đánh lửa

Hình 3 21: Hình code Labview thu thập tín hiệu đánh lửa

Phần code Labview sẽ lấy tín hiệu từ arduino sau đó chuyển đổi giá trị như thời gian phun ngậm và đồ thị xung vuông.

Hình 3 22: Hình thể hiện thời gian ngậm đánh lửa.

Labview hiển thị thời ngậm đánh lửa số 1, 2, 3, 4 và phần trăm độ mở bướm ga.

3.3.5 Code Labview thu thập tín hiệu trục khuỷu, trục cam, kích nổ

Hình 3 23: Code Labview thu thập tín hiệu kích nổ - Ne- G - Oxy

Phần code Labview sẽ lấy tín hiệu từ arduino sau đó chuyển đổi điện áp, tín hiệu trục khuỷu, trục cam bằng đồ thị xung sin.

Bằng việc nghiên cứu chế tạo thiết bị thu thập dữ liệu động cơ xăng có thể can thiệp sâu hơn hệ thống điều khiển động cơ, phân tích dữ liệu thu được thấy rõ hơn bản chất của các cảm biến trong quá trình động cơ hoạt động.

Chương 3 là cơ sở khoa học để tiến hành các thực nghiệm ở chương 4, đồng thời cũng là cơ sở đánh giá hiệu quả của thiết bị thu thập dữ liệu.

Khái quát

Để đánh giá hiệu quả của thiết bị thu thập dữ liệu động cơ xăng tôi tiến hành lấy dữ liệu làm kết quả so sánh với các thiết bị chẩn đoán trên thị trường Nội dung bao gồm thu thập dữ liệu của các cảm biến, khối lượng không khí nạp, độ mở bướm ga khi thay đổi số vòng quay Đối với hệ thống nhiên liệu, tiến hành thực nghiệm thay đổi chế độ hoạt động khi động cơ ở chế độ khởi động, cầm chừng và sau khi tăng tốc Kết quả thực nghiệm cũng cho kết quả thu thập dữ liệu gần như chính xác như khi sử dụng phần mềm chẩn đoán và máy chẩn đoán chuyên dùng.

Hình 4 1: Hình kết nối giữa thiết bị thu thập và động cơ

Kết quả thực nghiệm cũng cho kết quả thu thập dữ liệu gần như chính xác như khi sử dụng phần mềm chẩn đoán và máy chẩn đoán chuyên dùng.

Thiết lập thực nghiệm thu thập tín hiệu

Bằng cách kết nối các cảm biến với thiết bị thu thập dữ liệu, truyền dữ liệu thu thập được lên máy tính bằng giao tiếp cáp RS232, sau đó dùng phần mềm LabVIEW để xem thông số Trình tự thực hiện theo các bước:

Bước 1: Tìm vị trí các chân lấy tín hiệu: VPA, VPA2, VTA, VTA2, THA, THW,

VG, #10, #20, #30, #40, igt1, igt2, igt3, igt4, KNK, G, NE, mass.

Bước 2: Kết nối các chân trên với các chân của bộ thu thập tín hiệu và cắm cáp USB vào máy tính.

Bước 3: Khởi động máy tính và LabVIEW trên máy tính.

Hình 4 2: Kết nối động cơ và hộp thiết bị

Bước 4: Xác định cổng vào (COM) trên máy tính.

Bước 5: Khởi động động cơ.

Hình 4 3: Kết nối với máy tính

Bước 6: Tiến hành các thực nghiệm đã xác định.

Bước 7: Hiển thị và lưu kết quả thực nghiệm.

Hình 4 4: Giao diện hiển thị Labview trên máy tính

Sau khi động cơ hoạt động các thông tin của động cơ sẽ được hiển thị trên màng hình máy tính dưới đồ họa LabVIEW.

Tiến hành các thực nghiệm

4.3.1 Thực nghiệm 1: Dữ liệu các cảm biến ở chế độ khởi động

Mục đích: Quan sát diễn biến tín hiệu của các cảm biến khi bật chìa khóa ON. Trình tự thực hiện: Cấp nguồn 12V cho động cơ.

Mở chìa khóa ở vị trí ON.

Hình 4 5: Giao diện màn hình ở vị trí chìa khóa ON

Quan sát và lưu lại diễn biến tín hiệu cảm biến trên màn hình

4.3.2 Thực nghiệm 2: Dữ liệu cảm biến ở chế độ cầm chừng

Trình tự thực hiện: Cấp nguồn 12V cho động cơ.

Bật khóa điện, vận hành động cơ, cho động cơ chạy cầm chừng

Hình 4 6: Giao diện màn hình khi động cơ chạy cầm chừng

Hình 4 7: Giao diện màn hình đồ thị động cơ chạy cầm chừng ở 750 vòng/phút

Thực nghiệm trên máy chẩn đoán G-scan 2

Bước 1: Kết nối cáp đọc lỗi máy chẩn đoán với giắc cắm OBD II của động cơ trên bảng điều khiển Mở khóa điện ON và khởi động máy đọc lỗi Tiếp theo là

Hình 4 8: Giao diện màn hình máy chẩn đoán G-scan 2

Bước 2: Chọn phiên bản đăng nhập 16 PIN và chọn Data analysis để kiểm tra dữ liệu động cơ.

Hình 4 9: Giao diện màn hình chọn cổng kết nối và kiểm tra dữ liệu

Bảng 4.1: Dữ liệu so sánh khi động cơ ở tốc độ cầm chừng

Nhận xét: Ở chế độ cầm chừng (ở 750 vòng/phút) do hai thiết bị khác nhau về đường truyền, nên các giá trị thu thập được từ cảm biến, tốc độ khi quy đổi sang giá trị nhiệt độ hoặc khối lượng khi nạp có sự sai số giữa 2 thiết bị lớn nhất là 1.4%, nên có thể thay thế máy chẩn đoán G-scan 2 để đọc dữ liệu.

4.3.3 Thực nghiệm 3: Dữ liệu các tín hiệu cảm biến ở chế độ tăng tốc

 Cấp nguồn 12V cho động cơ;

 Bật khóa điện, khởi động động cơ, để chế độ cầm chừng (750 vòng/phút) sau đó tăng dần lên 1200 vòng/phút, 1.975 vòng/phút, 2.400 vòng/phút, 3.600 vòng/phút.

Hình 4 11: Giao diện màn hình động cơ ở 1200 vòng/phút

Giá trị dữ liệu Máy chẩn đoán G- scan 2 Thiết bị thu thập dữ liệu Sai số (%)

Tốc độ động cơ 748 vòng/phút 750 vòng/phút 0.2

% độ mở bàn đạp ga 18.8 % 19 % 1.06

Hình 4 12: Giao diện đồ thị động cơ ở 1200 vòng/phút

Thực nghiệm trên máy G-scan 2 ở tốc độ 1200 vòng/phút

Hình 4 13: Màn hình hiển thị trên máy chẩn đoán G-scan2

 Bảng 4.2: Dữ liệu so sánh khi động cơ ở chế độ tăng tốc

Nhận xét: Ở chế độ cầm chừng (ở 1200 vòng/phút) do hai thiết bị khác nhau về đường truyền, nên các giá trị thu thập được từ cảm biến, tốc độ khi quy đổi sang giá trị nhiệt độ hoặc khối lượng khi nạp có sự sai số giữa 2 thiết bị lớn nhất là 2.9%, nên có thể thay thế máy chẩn đoán G-scan 2 để đọc dữ liệu.

Hình 4 14: Giao diện màn hình ở 1975 vòng/phút

% độ mở bàn đạp ga 21.2 % 21 % 0.9

Hình 4 15: Giao diện đồ thị ở 1975 vòng/phút

 Thực nghiệm trên máy chẩn đoán G-scan 2 ở tốc độ 1975 vòng/phút

Hình 4 16: Màn hình hiển thị dữ liệu trên máy G-scan 2

 Bảng 4.2: Dữ liệu so sánh ở vòng quay 1900 vòng/phút

Nhận xét: Ở chế độ cầm chừng (ở 1900 vòng/phút) do hai thiết bị khác nhau về đường truyền, nên các giá trị thu thập được từ cảm biến, tốc độ khi quy đổi sang giá trị nhiệt độ hoặc khối lượng khi nạp có sự sai số giữa 2 thiết bị lớn nhất là 2.6% , nên có thể thay thế máy chẩn đoán G-scan 2 để đọc dữ liệu.

% độ mở bàn đạp ga 24.3 % 24 % 0.8

 Thực nghiệm trên máy chẩn đoán G-scan 2 ở tốc độ 2400 vòng/phút

Hình 4 19: Màn hình hiển thị dữ liệu máy G-scan 2

 Bảng 4.3: Dữ liệu so sánh động cơ ở 2400 vòng/phút

Nhận xét: Ở chế độ cầm chừng (ở 750 vòng/phút) do hai thiết bị khác nhau về đường truyền, nên các giá trị thu thập được từ cảm biến, tốc độ khi quy đổi sang giá trị nhiệt độ hoặc khối lượng khi nạp có sự sai số giữa 2 thiết bị lớn nhất là 0.5% , nên có thể thay thế máy chẩn đoán G-scan 2 để đọc dữ liệu.

% độ mở bàn đạp ga 24.7 % 24.6 % 0.4

 Thực nghiệm trên máy chẩn đoán G-scan 2 ở 3643 vòng/phút

Hình 4 22: Màn hình hiển thị dữ liệu máy G-scan 2

 Bảng 4.4: Dữ liệu so sánh động cơ ở 3630 vòng/phút

4.3.4 Thực nghiệm quan sát tín hiệu đánh lửa IGT1, IGT2, IGT3, IGT4

Hình 4 26: Giao diện màn hình tín hiệu đánh lửa

Hình 4 27: Giao diện đồ thị đồ thị tín hiệu đánh lửa

Giá trị dữ liệu Máy chẩn đoán

Gscan 2 Thiết bị thu thập dữ liệu Sai số (%)

% độ mở bàn đạp ga 27.5% 27.4 % 0.3

4.3.5 Thực nghiệm quan sát tín hiệu phun xăng #10, #20, #30, #40

Hình 4 28: Đồng hồ hiển thị tín hiệu phun xăng

Hình 4 29: Giao diện đồ thị đồ thị tín hiệu phun xăng

4.3.6 Thực nghiệm quan sát tín hiệu trục khuỷu (Ne) và trục cam (G), kích nổ (KNK), cảm biến oxy (OX)

Hình 4 31: Giao diện đồ thị tín hiệu xung NE.

Thiết kế bài tập thực hành trên thiết bị thu thập dữ liệu

Hình 4 32:Sơ đồ sinh viên thực hành

Hình 4 33: Màn hình hiển thị ở tốc độ 1000 vòng/phút.

Hình 4 34: Màn hình đồ thị.

Hình 4 35: Màn hình hiển thị ở 2000 vòng/phút.

Hình 4 36: Màn hình đồ thị khi tăng tốc đột ngột.

- Mô hình động cơ sử dụng cho việc thu thập dữ liệu.

- Thiết bị thu thâp dữ liệu động cơ.

- Bộ dụng cụ cầm tay.

- Không được mắc sai cực ắc quy.

- Cắt nguồn khi có hiện tượng bất thường.

4.5.1 Sơ đồ mạch điện động cơ 2AR-FE

Hình 4 37: Vị trí các chân ECU

Bảng ký hiệu chân và tín hiệu ECU

Bảng 4.6: Ký hiệu các chân và tín hiệu ECU.

Ký hiệu Viết tắt Diễn giải

A37-1 IG/SW Ignition Switch Công tắc IG

A22 STAR Start Switch Signal Tín hiệu vận hành Relay máy khởi

A20-13 ACCR Accessory Relay độngRelay các trang thiết bị phụ

A20-48 STA Starter Relay Signal Tín hiệu máy khởi động

C23-52 STAR Starter Control Signal Điều khiển Relay máy khởi động B29-2 +BM Battery Main Nguồn của bộ chấp hành bướm ga

A20-44 MREL Main Relay Relay chính

C23-85 IGT1 Ignition Timing 1 Tín hiệu đánh lửa bô bin 1

C23-81 IGF Ignition Confirmation Tín hiệu xác nhận đánh lửa

C23-122 NE+ Number Engine crankshaft angle sensor Số vòng quay động cơ, tín hiệu tốc độ động cơ

B100-3 OX1B Oxygen Cảm biến oxy

B132 EX1B Oxygen Cảm biến oxy

B65 OX1+ Gound 2 Tín hiệu cảm biến trục cam

B74 OC1+ Gound 2 Tín hiệu cảm biến trục cam

124 KNK Knock Tín hiệu kích nổ

A57 SPD Speed Tín hiệu tốc độ

Ký hiệu Viết tắt Diễn giải Ký hiệu

B95-96 THW Thermostatic Water Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm

B93-94 THA Thermostatic Air mátTín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp

B91-5 VG Tín hiệu lưu lượng khí nạp

VC Voltage Circuit Nguồn cảm biến VC

126 VTA1 Valve Throttle Angle Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga /Tín hiệu âm của cảm biến B128-

126 VTA2 Valve Throttle Angle Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga

A31 TACH Tachometer Đồng hồ đo tốc độ

OC1- Oil Control Tín hiệu điều khiển dầu phối khí trục cam (Van OCV)

Throttle Angle Nguồn của cảm biến vị trí bướm ga A52-A53 VPA /

EPA Voltage Pedal Angle Tín hiệu cảm biến góc mở bàn đạp ga / Tín hiệu âm của cảm biến A54-A55 VPA2

Voltage Pedal Angle Tín hiệu cảm biến góc mở bàn đạp ga / Tín hiệu âm của cảm biến

B60-2 M+/M- Bộ chấp hành bướm ga

A11 STP Stop Công tắc đèn phanh

B68 PRG Purge Tín hiệu điều khiển Van VSV

A21-1 FC Fuel Control Tín hiệu điều khiển bơm nhiên liệu A26A13 CAN-

Network – High/Low Đường truyền CAN

B20 #10 Tín hiệu vòi phun số 1

Hình 4 38: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 2AR-FE

-Luyện tập cho học viên phương pháp kiểm tra các cảm biến trên động cơ.

-Xác định được những hư hỏng của mạch điện, kiểm tra khả năng hoạt động của các cảm biến.

-Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

-Mô hình hệ thống phun xăng 2AR-FE;

-Ắc quy có điện áp trên 11V, đồng hồ VOM, các phụ kiện khác.

-Không được mắc sai cực ắc quy Cắt nguồn khi có hiện tượng bất thường.

-Sử dụng đúng thang đo đồng hồ.

III Nội dung kiểm tra

1.Cảm biến đo lượng khí nạp

- Xác định vị trí của cảm biến: Cảm biến được lắp trên đường ống nạp của động cơ.

Hình 4 39:Vị trí cảm biến khối lượng khí nạp

-Kiểm tra điện áp nguồn cung cấp cho cảm biến

-Rút giắc cắm ra khỏi cảm biến.

-Dùng đồng hồ thang đo DC, nấc đo 20 V, đặt que đo tại +B và Mass Điện áp đo được bằng điện áp ắc quy.

+Bật khóa điện vị trí START.

+Đo điện áp chân VG và Mass.

+Thổi gió vào cảm biến Quan sát sự biến thiên điện áp VG và mass: Điện áp VG tỷ lệ với khối lượng khí nạp vào động cơ.

Hình 4 40:Kiểm tra cảm biến khí nạp

2.Kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp

-Kiểm tra tín hiệu điện áp giữa hai cực THA và E2 của giắc nối ECU. + Bật khóa điện ở vị trí ON;

+ Dùng đồng hồ Vôn đo điện áp giữa hai cực THA và E2 của giắc nối ECU rồi so sánh với bảng giá trị chuẩn

Bảng:Giá trị điện áp theo nhiệt độ khí nạp

Nhiệt độ không khí nạp

Chế độ cầm chừng, 20 - 80 độ (V)

-Kiểm tra điện trở cảm biến nhiệt độ không khí nạp

+ Tháo giắc nối và cảm biến ra khỏi đường ống nạp.

+ Cho đầu cảm biến vào bình có chứa nước nóng để kiểm tra.

+Đo điện trở giữa hai cực THA và E2, rồi đem giá trị đo được so sánh với bảng giá trị chuẩn.

Bảng:Giá trị chuẩn cảm biến nhiệt độ khí nạp

Nhiệt độ (độ C) -20 0 20 40 60 80 100 Điện trở (kΩ) 16 5.9 2.5 1.2 0.6 0.3 0.2 Điện áp (V) 4.3 3.4 2.4 1.5 0.9 0.5 0.3

3.Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát

-Kiểm tra hư hỏng chập chờn: Dùng đồng hồ VOM đo thông mạch các mối nối, giắc cắm, tiếp điểm, có đảm bảo tiếp xúc tốt hay không nếu không tốt thì phải tiến hành sửa chữa hoặc thay mới.

-Kiểm tra nguồn 5V ECU cung cấp cho cảm biến: Đo điện áp giữa cực THW – E2 Khóa điện ON: UTHW – E2 = 5 V; Khóa điện OFF: UTHW – E2

-Kiểm tra tín hiệu điện áp giữa hai cực THW và E2 của giắc nối ECU : + Bật công tắc máy sang vị trí ON.

+ Đặt động cơ ở chế độ cầm chừng, nhiệt độ (30 – 120 độ C)

+ Đo điện áp giữa hai cực THW và E2 của giắc nối ECU: Điện áp tiêu chuẩn U 0,2– 4,3V.

Hình 4 41:Giá trị chuẩn cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Bảng:Giá trị cảm biến nhiệt nước

Nhiệt độ nước làm mát

( 0 C) -20 0 20 40 60 80 100 Điện trở cảm biến (KΩ) 3.5 2.9 2.5 1.2 0.6 0.3 0.2 Điện áp tại cực THW (V) 4.3 3.4 2.4 1.5 0.9 0.5 0.3

-Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát

+ Tháo giắc nối và tháo cảm biến nhiệt độ nước làm mát ra ngoài (lưu ý tắt công tắc máy trước khi tháo);

+ Đặt đầu cảm biến vào bình nước nóng để tiến hành kiểm tra;

+ Quan sát nhiệt kế và đồng hồ Vôn để so sánh giá trị quan sát được.

Hình 4 42: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước

4.Kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga

-Xác định vị trí cảm biến bướm ga: Cảm biến vị trí bướm ga được lắp ở thân bướm ga và nó được điều khiển bởi trục bướm ga.

-Kiểm tra điện áp nguồn cấp cho cảm biến

+ Xoay bướm ga để đo điện áp của chân VC (ECU) với E2 Điện áp tiêu chuẩn 4.9 V – 5.1 V.

Bảng:Giá trị cảm biến vị trí bướm ga

Cực Vị trí cánh bướm ga Điện áp

-Kiểm tra điện áp ra của cảm biến

+ Xoay bướm ga, dùng đồng hồ Vôn để đo điện áp của chân VTA (ECU) với E2 Điện áp thay đổi liên tục khi xoay bướm ga.

-Kiểm tra điện trở của cảm biến

+ Tháo giắc kiểm tra cảm biến.

+ Xoay cần bướm ga Dùng Ohm kế đo điện trở các cực cảm biến: Điện trở của VTA – E2 thay đổi liên tục khi xoay bướm ga.

5.Kiểm tra cảm biến kích nổ

-Xác định vị trí: Cảm biến kích nổ (KNK) được bố trí trên thân máy, vị trí xy lanh số 3 của động cơ.

-Kiểm tra sự không thông mạch: Đo thông mạch cực KNK của cảm biến với mass Nếu thông mạch hoặc có điện trở thì thay mới cảm biến.

-Kiểm tra xung điện áp:

+ Kiểm tra xung điện áp của cảm biến khi động cơ hoạt động bằng cách sử dụng máy chuyên dùng (Tektronix TBS 1000 C) So sánh để biết cảm biến KNOCK có hoạt động tốt hay không.

+ Nếu dạng xung không đúng tức là cảm biến kích nổ không nhận biết được xung kích nổ do vậy không gửi tín hiệu này tới ECU động cơ để ECU điều khiển làm trễ thời gian đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ

Hình 4 43:Kiểm tra cảm biến kích nổ và dạng xung kích nổ

6.Kiểm tra cảm biến vị trí trục cam, cảm biến trục khuỷu

-Xác định vị trí: Cảm biến trục cam được bố trí ở cuối trục cam nạp, phía bánh đà Cảm biến trục khuỷu bố trí ở đầu buly, phía nắp cam.

Hình 4 44:Vị trí của cảm biến trục cam và trục khuỷu

-Kiểm tra điện trở của cảmbiến:

+ Bật khóa điện vị trí OFF, tháo giắc cảm biến trục cam, cảm biến trục khuỷu.

+ Dùng Ohm kế đo điện trở giữa hai cực của cảm biến Giá trị chuẩn: 1,38 KΩ.

Hình 4 45: Kiểm tra điện trở cảm biến

-Kiểm tra khe hở không khí của rotor cảm biến và lõi thép từ: Tháo nắp đậy cam Dùng căn lá đo khe hở giữa rotor tạo tín hiệu và cuộn dây Giá trị tiêu chuẩn khe hở là: 0.2 ÷ 0.4mm.

- Kiểm tra dạng xung của tín hiệu:

+ Nối các dây cáp của động cơ tới ắc quy.

+ Nối đầu kết nối của máy đo xung đến cảm biến trên động cơ.

+ Khởi động động cơ và điều chỉnh máy (Tektronix TBS 1000 C) ở chế độ đo xung Dạng xung đo được đúng tiêu chuẩn.

Hình 4 46:Dạng xung của cảm biến trục cam và cảm biến trục khuỷu

-Luyện tập cho học viên phương pháp kiểm tra các cảm biến trên động cơ.

-Xác định được những hư hỏng của mạch điện, kiểm tra khả năng hoạt động của các cảm biến.

-Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

-Mô hình hệ thống phun xăng 2AR-FE.

-Thiết bị thu thập dữ liệu động cơ xăng.

-Ắc quy có điện áp trên 11V, đồng hồ VOM, các phụ kiện khác.

-Không được mắc sai cực ắc quy Cắt nguồn khi có hiện tượng bất thường.

Sử dụng đúng thang đo đồng hồ.

Bước 1: Tìm vị trí các chân lấy tín hiệu: VPA, VPA2, VTA, VTA2, THA, THW,

VG, #10, #20, #30, #40, igt1, igt2, igt3, igt4, KNK, G, NE, mass.

Bước 2: Kết nối các chân trên với các chân của bộ thu thập tín hiệu và cắm cáp USB vào máy tính.

Bước 3: Khởi động máy tính và LabVIEW trên máy tính.

Bước 4: Xác định cổng vào (COM) trên máy tính.

Bước 5: Khởi động động cơ.

Bước 6: Tiến hành các bài thực hành đã xác định.

Bước 7: Hiển thị và ghi nhận quả thực nghiệm.

Nhiệt độ không khí (THW) Đo gió (VG) Điện áp Vol

Nhiệt độ oc Điện áp Vol

Nhóm 3: Quan sát giá trị của kim phun tín hiệu

Nhóm 4: Quan sát giá trị của tín hiệu đánh lửa

Nhóm 5: Quan sát trên đồ thị LabVIEW chẩn đoán động cơ:

 Dữ liệu tín hiệu trục khuỷu - trục cam

Từ những thực nghiệm trên động cơ với thiết bị thu thập dữ liệu và máy chẩn đoán G-scan 2 ta thu được các kết quả mang tính khoa học chắc chắn.

Kết quả thực nghiệm ta có thể đánh giá mô hình có độ tin cậy cao, có thể sử dụng thay thế máy chẩn đoán trong quá trình thực hành chuẩn đoán động cơ phun xăng điện tử.

Tiêu đề	Nghiên cứu chế tạo bộ thu thập dữ liệu động cơ xăng phục vụ giảng dạy thực hành
Tác giả	Hà Thành Hải
Người hướng dẫn	PGS.TS. Lý Vĩnh Đạt
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
Thể loại	Luận văn Thạc sĩ
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	142
Dung lượng	13,65 MB