mô hình giảng dạy hệ thống phun xăng điện tử có hiển thị thông số của cảm biến

Hồ Chí Minh,tháng 1 năm 2024MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ HIỂN THỊ THÔNG SỐ CỦA CẢM BIẾN... BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh,tháng 1 năm 2024

MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ HIỂN THỊ THÔNG SỐ CỦA CẢM BIẾN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN MINH TRIẾT

MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ HIỂN THỊ THÔNG SỐ CỦA CẢM BIẾN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC-2080537

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN MINH TRIẾT

MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ HIỂN THỊ THÔNG SỐ CỦA CẢM BIẾN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 2080537

Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2024

Trang i

Trang ii

Trang iii

Trang iv

Trang v

Trang vi

Trang vii

Trang viii

LÝ LỊCH KHOA HỌC I SƠ LƯỢC LÝ LỊCH:

Họ và tên: Trần Minh Triết Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/09/1980 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: xã An Hiệp, huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ ở hoặc địa chỉ liên lạc: số 99, ấp Thạnh Mỹ A, xã Bình Thành, huyện Phụng Hiêp, tỉnh Hậu Giang

Điện thoại cơ quan: 02933870880 Điện thoại di động: 0973634670

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1 Đại học:

Hệ đào tạo: Tại chức Thời gian đào tạo từ 2008 đến 2010 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí động lực

Tiểu luận tốt nghiệp: Hệ thống nhiên liệu VE-EDC Người hướng dẫn: ThS Châu Quang Hải

2 Thạc sĩ:

Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tao từ 8/2020 đến 8/2024 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật cơ khí động lực

Tên luận văn: Mô hình giảng dạy hệ thống phun xăng điện tử có hiển thị thông số của cảm biến

Ngày và nơi bảo vệ luận văn: 01/2024 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Trang ix

6/2007 đến 3/2009 Trường Trung cấp nghề tỉnh Hậu Giang

Tổ phó tổ cơ khí động lực

3/2009 đến 4/2017 Trường Trung cấp nghề tỉnh Hậu Giang

Tổ trưởng tổ cơ khí – thú y

4/2017 đến 3/2020 Trường Trung cấp kỹ thuật – công nghệ tỉnh Hậu Giang

Trưởng khoa cơ khí

3/2020 đến nay Trường Cao đẳng Cộng đồng Hậu Giang

Phó trưởng khoa cơ khí

Trang x

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 … tháng 9 năm 2023

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trần Minh Triết

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 9 năm 2023

Học viên nghiên cứu

Trần Minh Triết

Trang xii

TÓM TẮT

Hiện nay, trên thị trường Việt Nam mô hình thiết bị dạy học có rất nhiều chủng loại về mô hình hệ thống điện điều khiển động cơ, nhưng chỉ thực hiện trên động cơ phun xăng điện tử đời cũ, chưa có mô hình nào về hệ thống điều khiển động cơ sử dụng công nghệ mới Do đó, việc giảng dạy và học tập của học sinh, sinh viên tại Trường Cao đẳng Cộng đồng Hậu Giang gặp nhiều khó khăn Với mục tiêu đó để đáp ứng tốt cho nhu cầu giảng dạy và học tập của học sinh, sinh viên tác giả đã thực hiện thiết kế chế tạo mô hình hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử phù hợp và đáp

ứng nhu cầu giảng dạy và học tập tại Trường Cao đẳng Cộng đồng Hậu Giang

Sản phẩm sau khi hoàn thành cung cấp cho người học mô hình động cơ FE trên xe Toyota - Vios, đầy đủ tất cả các cảm biến, cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển trung tâm, cổng giao tiếp máy tính thông qua phần mềm LabVIEW, card HDL 9090, cổng giao tiếp máy chẩn đoán thông qua thiết bị OBD II Mô hình được giao tiếp với máy tính có các bài thực nghiệm để so sánh kết quả, đồng thời cũng biện soạn các bài thực hành về hệ thống phun xăng điện tử Qua đó người học tiếp cận nhanh và ứng dụng tốt vào các bài thực hành cũng như nghiên cứu sau này Luận văn được cấu trúc

1NZ-gồm 5 chương như sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống phun xăng điện tử có

hiển thị thông số của cảm biến

Chương 4: Kết quả thực nghiệm và các bài tập thực hành trên mô hình

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của luận văn

Trong quá trình thực hiện luận văn được sự hướng dẫn và giúp đỡ của thầy Nhà giáo ưu tú PGS.TS Đỗ Văn Dũng, nguyên Hiệu trưởng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh cùng quý Thầy, Cô khoa Cơ khí động lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, các đồng nghiệp luận văn đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra

Trang xiv

ABSTRACT

Currently, in Vietnam, there are many types of teaching equipment such as a lot of engine control system models, but they are only practiced on old models of electronic fuel injection engines There are no new engine control systems using new technology Therefore, the teaching and learning of students at Hau Giang Community College face many difficulties With the goal to satisfy the teaching and learning needs of students, the researcher has designed and manufactured an operating model of the electronic fuel injection system that is suitable and meets the needs of teaching and learning at Hau Giang Community College.

The finished product provides learners with the 1NZ-FE engine model on Toyota - Vios, full of all sensors, actuators, central controller, computer communication port through LabVIEW software, HDL 9090 card, communication port of the machine to diagnose information through OBD II device The computer-interfaced model contains tests to compare results, and also provide exercises on electronic fuel injection systems Thereby, learners quickly approach and apply well to practical exercises as well as future research The thesis is structured into five chapters as follows:

Chapter 1: Overview

Chapter 2: Theoretical basis

Chapter 3: Design and manufacture a teaching model of an electronic fuel injection system that displays sensors’ parameters

Chapter 4: Experimental evaluation results and practical exercises.Chapter 5: Conclusion and development direction of the thesis.

In the process of implementing the thesis, the researcher is guided and supported by the excellent teacher Assoc Prof Dr Do Van Dung, former Rector of the University of Technology and Education of Ho Chi Minh City, teachers of the Faculty of Energy Engineering, University of Technology and Education of Ho Chi Minh City and colleagues The thesis has completed and achieved the set goals However,

Trang xv

due to limited facilities and capabilities, there may still be some defects The author would like to receive your comments and suggestions to improve this thesis

Trang xvi

MỤC LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ i

BIÊN BẢN CHẤM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ ii

PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SỸ iii

PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SỸ vi

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT xxi

DANH MỤC BẢNG BIỂU xxii

DANH MỤC HÌNH ẢNH xxiv

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Một số nghiên cứu ngoài nước và trong nước 1

1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước 1

1.2.2 Nghiên cứu trong nước 2

1.3 Tính cần thiết của đề tài 3

1.4 Mục tiêu nghiên cứu 4

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 4

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 4

1.6 Nội dung của đề tài 4

1.7 Phương pháp nghiên cứu 4

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Cấu trúc điều khiển động cơ phun xăng điện tử 6

2.1.1 Sơ đồ cấu trúc và khối chức năng [10] 6

Trang xvii

2.1.2 Thuật toán điều khiển [10] 7

2.2 Tín hiệu đầu vào 8

2.2.1 Cảm biến đo gió [10], [12] 8

2.2.2 Cảm biến đo nhiệt độ khí nạp[11] 9

2.2.3 Cảm biến đo nhiệt độ động cơ [11] 9

2.2.4 Cảm biến vị trí bướm ga [11], [12] 11

2.2.5 Cảm biến ôxy [10] 12

2.2.6 Cảm biến kích nổ [10] 13

2.2.7 Cảm biến xác định vị trí piston và tốc độ động cơ [12] 14

2.3 Hộp điều khiển (ECU) [10] 16

2.3.1 Chức năng 16

2.3.2 Cấu tạo hộp ECU 16

2.4 Hệ thống điều khiển đánh lửa [10], [12] 17

2.5 Điều khiển kim phun [10] 18

2.5.1 Thời gian phun cơ bản 18

2.5.2 Hiệu chỉnh thời gian phun 19

Chương 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ HIỂN THỊ THÔNG SỐ CỦA CẢM BIẾN 21

3.1 Thiết kế, chế tạo mô hình [12], [14] 21

3.1.1 Công dụng của mô hình 21

3.1.2 Cấu tạo các bộ phận của mô hình 21

3.1.2.1 Động cơ 1NZ-FE 21

3.1.2.2 Thiết kế mô hình 25

3.1.3 Nguyên lý vận hành mô hình 29

3.2 Thiết bị thu thập tín hiệu từ các cảm biến [13], [15], [18] 30

3.2.1 Sơ đồ giao tiếp giữa card HDL 9090 với máy tính và mô hình 30

3.2.2 Sơ đồ giao tiếp giữa card HDL 9090 với phần mềm LabVIEW 30

3.2.2.1 Lưu đồ thuật toán phương thức thu thập dữ liệu của card HDL 9090 và truyền dữ liệu lên máy tính 30

Trang xviii

3.2.2.2 Lưu đồ thuật toán LabVIEW 31

3.2.2.3 Sơ đồ khối giao tiếp card HDL 9090 với phần mềm LabVIEW 32

Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH 33

4.1 Khái quát 33

4.2 Nội dung thực nghiệm 33

4.2.1 Thực nghiệm 1: Dùng máy chẩn đoán chuyên dùng tiến hành thu thập dữ liệu cảm biến 33

4.2.1.1 Thu thập tín hiệu từ cảm biến đo lưu lượng gió 33

4.2.1.2 Thu thập tín hiệu từ cảm biến đo nhiệt độ khí nạp 34

4.2.1.3 Thu thập tín hiệu từ cảm biến đo nhiệt độ động cơ 35

4.2.1.4 Thu thập tín hiệu từ cảm biến xác định vị trí bướm ga 36

4.2.1.5 Thu thập tín hiệu từ cảm biến ôxy 36

4.2.2 Thực nghiệm 2: Dùng phần mềm tiến hành thu thập dữ liệu cảm biến 37

4.2.2.1 Thu thập tín hiệu từ cảm biến lưu lượng gió 38

4.2.2.2 Thu thập tín hiệu từ cảm biến đo nhiệt độ khí nạp 39

4.2.2.3 Thu thập tín hiệu từ cảm biến đo nhiệt độ động cơ 40

4.2.2.4 Thu thập tín hiệu từ cảm biến xác định vị trí bướm ga 41

4.3 So sánh kết quả thực nghiệm 42

4.3.1 Kết quả thu thập tín hiệu từ cảm biến đo lưu lượng gió 42

4.3.2 Kết quả thu thập tín hiệu từ cảm biến đo nhiệt độ khí nạp 43

4.3.3 Kết quả thu thập tín hiệu từ cảm biến đo nhiệt độ động cơ 44

4.3.3 Kết quả thu thập tín hiệu từ cảm biến xác định vị trí bướm ga 45

4.4 Xây dựng các bài tập thực hành trên mô hình 46

4.4.1 Bài tập thực hành số 1: Kiểm tra và bảo dưỡng ECU [10], [11] 46

4.4.2 Bài tập thực hành số 2: Kiểm tra và bảo dưỡng các bộ cảm biến [10], [11] 48

4.4.3 Bài tập thực hành số 3: Kiểm tra hệ thống cung cấp nhiên liệu [10], [11] 55

4.4.4 Bài tập thực hành số 4: Kiểm tra hệ thống đánh lửa [10], [11] 62

4.4.5 Bài tập thực hành số 5: Chẩn đoán động cơ [10], [11] 64

Trang xix

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 67 5.1 Kết luận 67 5.2 Hướng phát triển của luận văn 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 1: GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO 70 1 Chương trình đào tạo 70 1.1 Mục tiêu đào tạo 70 1.1.1 Mục tiêu chung 70 1.1.2 Mục tiêu cụ thể 70 1.2 Khối lượng kiến thức và thời gian khóa học 73 2 Chương trình môđun 73 3 Mục tiêu đào tạo của mô hình 77 PHỤ LỤC 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LABVIEW 79 1 LabVIEW là gì 79 2 Các ứng dụng của LabVIEW 79 3 Code của LabVIEW 81 3.1 Code của LabVIEW cảm biến vị trí bướm ga 81 3.2 Code của LabVIEW cảm biến nhiệt độ động cơ 81 3.3 Code của LabVIEW cảm biến nhiệt độ không khí nạp 82 3.4 Code của LabVIEW cảm biến ôxy 82 3.5 Code của LabVIEW cảm biến lưu lượng không khí nạp 82 3.6 Code của LabVIEW cảm biến tốc độ động cơ 83 PHỤ LỤC 3: CARD USB HDL 9090 84 1 Giới thiệu Card USB HDL 9090 84 2 Chân hàm USB HDL 9090 86 PHỤ LỤC 4: CÁC CÔNG TẮC PAN TRÊN MÔ HÌNH 87 NỘI DUNG BÀI BÁO 89 TÓM TẮT 89 ABSTRACT 89

Trang xx

1 Giới thiệu về đề tài 90 2 Thiết kế chế tạo mô hình 90 3 Thiết kế thiết bị thu thập tín hiệu từ các cảm biến 91 4 Thực nghiệm so sánh đánh giá kết quả ứng dụng phần mềm 92 5 Kết luận và kiến nghị 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

Trang xxi

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

1NZ-FE Tên, ký hiệu động cơ

DIS Direct Ignition System (Hệ thống đánh lửa trực tiếp)

EFI Electronic Fuel Injection (Phun xăng điện tử)

IOT Internet of Things

ECU Engine Control Unit (Hộp điều khiển động cơ)

ABS Antilock Barke System (Hệ thống phanh chống bó cứng)

IC Integrated Circuit (Vi mạch tích hợp)

VVT-i Variable Valve Timing with Intelligence (Hệ thống điều khiển

xu-páp với góc mở biến thiên thông minh)

ROM Read Only Memory (Bộ nhớ lưu trữ thông tin, bộ nhớ chỉ đọc

không thể ghi - xóa)

PROM Programmable Read Only Memory (Chíp bộ nhớ chỉ đọc lập trình

được)

RAM Random Access Memory (Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên)

KAM Keep Alive Memory (Bộ nhớ mã lỗi)

HTĐL Hệ thống đánh lửa

DOHC Double Overhead Camshafts (Cơ cấu cam nạp xả với hai trục cam

phía trên xi-lanh)

OBD II On Board Diagnostics II (Hệ thống chẩn đoán được tích hợp trong

ECU)

COM Computer Output on Micro (Cổng nối thiết bị)

DTC Diagnostic Trouble Code (Mã chẩn đoán hư hỏng)

MIL Malfunction indication lamp (Đèn cảnh báo hệ thống động cơ)

Trang xxii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Đặc tính cảm biến đo nhiệt độ khí nạp theo giá trị điện áp [11] 9

Bảng 2.2 Đặc tính cảm biến đo nhiệt độ động cơ theo giá trị điện áp [11] 10

Bảng 2.3 Đặc tính góc mở bướm ga theo điện áp [11] 12 Bảng 3.1 Ký hiệu vị trí các chân và tín hiệu điều khiển của ECU [12] 22 Bảng 4.1 Giá trị khối lượng khí nạp và điện áp đo được khi thay đổi số vòng quay khi dùng máy chẩn đoán chuyên dùng 34Bảng 4.2 Giá trị nhiệt độ và điện áp khí nạp khi dùng máy chẩn đoán chuyên dùng 34Bảng 4.3 Giá trị nhiệt độ động cơ và điện áp khi dùng máy chẩn đoán chuyên dùng 35Bảng 4.4 Phần trăm góc mở cánh bướm ga và giá trị điện áp khi thay đổi khi dùng máy chẩn đoán chuyên dùng 36Bảng 4.5 Giá trị khối lượng khí nạp và giá trị điện áp đo được khi số vòng quay thay đổi dùng phần mềm LabVIEW và card HDL USB 9090 39 Bảng 4.6 Giá trị nhiệt độ khí nạp và điện áp cảm biến khi dùng phần mềm LabVIEW và card HDL USB 9090 39 Bảng 4.7 Giá trị nhiệt độ động cơ và điện áp cảm biến khi dùng phần mềm LabVIEW và card HDL USB 9090 41 Bảng 4.8 Phần trăm góc mở bướm ga và giá trị điện áp khi dùng phần mềm LabVIEW và card HDL USB 9090 42Bảng 4.9.Vị trí công tắc và giá trị điện áp 48 Bảng 4.10 Giá trị điện trở của cảm biến theo nhiệt độ khí nạp 50 Bảng 4.11 Giá trị điện áp từ ECU đưa đến cho cảm biến nhiệt độ khí nạp 50 Bảng 4.12 Giá trị điện áp dao động theo nhiệt độ khí nạp 51Bảng 4.13 Giá trị điện trở của cảm biến theo nhiệt độ động cơ 51 Bảng 4.14 Giá trị điện áp từ ECU đưa đến cho cảm biến nhiệt độ động cơ 51 Bảng 4.15 Giá trị điện áp dao động theo nhiệt độ động cơ 52

Trang xxiii

Bảng 4.16 Giá trị điện trở thay đổi theo vị trí mở cánh bướm ga 52 Bảng 4.17 Giá trị điện áp cảm biến bướm ga 53 Bảng 4.18 Giá trị điện trở của cảm biến xác định vị trí trục cam, đo tốc độ động cơ 54 Bảng III.1 Mô tả các chân của card USB HDL 9090 85 Bảng III.2 Mô tả các chân của hàm card USB HDL 9090 để lập trình 86 Bảng IV.1 Mô tả các công tắc pan trên mô hình 87

Trang xxiv

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển phun xăng điện tử [10] 6 Hình 2.2 Sơ đồ các khối chức năng [10] 7 Hình 2.3: Sơ đồ làm việc hệ thống điều khiển động cơ với liên hệ ngược [10] 7 Hình 2.4 Cấu tạo cảm biến loại dây nhiệt [12] 8 Hình 2.5 Nguyên lý làm việc của đo gió dây nhiệt [12] 8 Hình 2.6 Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp [11] 9 Hình 2.7 Mạch điện cảm biến đo nhiệt độ động cơ [11] 10 Hình 2.8 Đường đặc tính của cảm biến đo nhiệt độ động cơ 10 Hình 2.9 Cảm biến vị trí bướm ga [12] 11 Hình 2.10 Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga [12] 11 Hình 2.11 Đường đặc tính cảm biến vị trí bướm ga theo điện áp [11] 12 Hình 2.12 Cấu tạo cảm biến ôxy [10] 12 Hình 2.13 Sơ đồ mạch điện cảm biến ôxy [10] 13 Hình 2.14 Cấu tạo cảm biến kích nổ 13 Hình 2.15 Đồ thị biểu diễn tần số kích nổ 14 Hình 2.16 Mạch điện cảm biến kích nổ 14 Hình 2.17 Cảm biến vị trí piston 14 Hình 2.18 Mạch điện cảm biến vị trí piston 15 Hình 2.19 Cảm biến tốc độ động cơ 15 Hình 2.20 Mạch điện cảm biến tốc độ động cơ 16 Hình 2.21 Sơ đồ khối máy tính với microprocessor [10] 16 Hình 2.22 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa theo chương trình [10] 17 Hình 2.23 Sơ đồ hệ thống đánh lửu trực tiếp sử dụng bô bin đơn (DIS) [12] 18 Hình 2.24 Dạng xung tín hiệu điều khiển của IGT và IGF [12] 18 Hình 2.25 Đặc tính hiệu chỉnh bởi nhiệt độ khí nạp 19 Hình 2.26 Sự hiệu chỉnh làm giàu hỗn hợp sau khởi động 19 Hình 2.27 Sự cắt nhiên liệu được biểu diễn bằng đồ thị 20

Trang xxv

Hình 3.1 Vị trí sơ đồ chân ECU 22 Hình 3.2 Mạch điện động cơ 1NZ-FE 25 Hình 3.3 Giá đỡ mô hình nhìn từ trên xuống 26 Hình 3.4 Hình chiếu đứng khung mô hình 26 Hình 3.5 Hình chiếu cạnh khung mô hình 27 Hình 3.6 Bố trí trên mô hình 27 Hình 3.7 Bảng chân giắc hộp ECU 28 Hình 3.8 Bảng công tắc tạo pan cơ khí 28 Hình 3.9 Mô hình tổng thể động cơ 29 Hình 3.10 Vị trí đèn báo trên đồng hồ táp lô 29 Hình 3.11 Sơ đồ giao tiếp giữa card HDL 9090 với máy tính và mô hình 30 Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán của card HDL 9090 31 Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán LabVIEW 31 Hình 3.14 Sơ đồ khối giao tiếp card HDL 9090 với phần mềm LabVIEW 32 Hình 4.1 Kết quả thu thập các giá trị dữ liệu từ các cảm biến 37 Hình 4.2 Màng hình LabVIEW trên máy tính 38 Hình 4.3 Đồ thị và hàm nội suy của cảm biến đo lưu lượng gió 39 Hình 4.4 Đồ thị và hàm nội suy của cảm biến đo nhiệt độ khí nạp 40 Hình 4.5 Đồ thị và hàm nội suy của cảm biến đo nhiệt độ động cơ 41 Hình 4.6 Đồ thị và hàm nội suy của cảm biến vị trí bướm ga 42 Hình 4.7 Sơ đồ kiểm tra nguồn điện 47 Hình 4.8 Kiểm tra relay 48 Hình 4.9 Kiểm tra các chân khóa điện 48 Hình 4.10 Kiểm tra cảm biến lưu lượng gió 49 Hình 4.11 Kiểm sự thông mạch của cảm biến nhiệt độ khí nạp đến ECU 50 Hình 4.12 Kiểm tra sự thông mạch của cảm biến đo nhiệt độ động cơ đến ECU 51 Hình 4.13 Kiểm tra sự thông mạch của cảm biến vị trí bướm ga đến ECU 52 Hình 4.14 Sơ đồ kiểm tra cảm biến đo nồng độ ôxy 53 Hình 4.15 Đo thông mạch các chân của cảm biến 54

Trang xxvi

Hình 4.16 Kiểm tra dạng xung kích nổ 54 Hình 4.17 Kiểm tra giá trị điện trở 55 Hình 4.18 Tín hiệu xung của cảm biến xác định vị trí trục cam và đo tốc độ động cơ 55 Hình 4.19 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu 56 Hình 4.20 Mạch điều khiển bơm xăng 57 Hình 4.21 Kiểm tra bơm xăng 57 Hình 4.22 Phương pháp đo kiểm relay bơm xăng 58 Hình 4.23 Đo áp suất xăng 58 Hình 4.24 Kiểm tra bộ dập dao động 59 Hình 4.25 Vị trí lắp đồng hồ đo áp suất xăng 59 Hình 4.26 Dùng ống nghe để kiểm tra vòi phun 60 Hình 4.27 Đo điện trở vòi phun 60 Hình 4.28 Kiểm tra lưu lượng vòi phun 61 Hình 4.29 Sơ đồ kiểm tra sự điều khiển phun xăng của ECU 61 Hình 4.30 Mạch kiểm tra điều kiện để có tín hiệu IGT 62 Hình 4.31 Sơ đồ nguồn cung cấp cho ECU 63 Hình 4.32 Kiểm tra tín hiệu IGT điều khiển từ ECU 64 Hình 4.33 Vị trí đèn MIL 65 Hình 4.34 Vị trí đèn MIL tắt 65 Hình 4.35 Kết nối máy chẩn đoán với giắc DLC3 66 Hình II.1 Thu thập dữ liệu các thông tin cần thiết của tàu vũ trụ cỡ nhỏ tại cơ quan hàng không vũ trụ NASA 79 Hình II.2 Thu thập dữ liệu từ cảm biến đo gió trong ôtô và thí nghiệm thuật toán chuyển đổi cảm biến 79 Hình II.3 Robot dưới nước (Spider) được phát triển dựa trên LabVIEW 81 Hình II.4 Code LabVIEW cảm biến vị trí bướm ga 81 Hình II.5 Code LabVIEW cảm biến nhiệt độ động cơ 81 Hình II.6 Code LabVIEW cảm biến nhiệt độ không khí nạp 82

Trang xxvii

Hình II.7 Code LabVIEW cảm biến ôxy 82 Hình II.8 Code LabVIEW cảm biến lưu lượng không khí nạp 82 Hình II.9 Code LabVIEW cảm biến tốc độ động cơ 83

Trang 1

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường là một trong những vấn đề thời sự mang tính toàn cầu Tiết kiệm giúp cắt giảm một lượng nhiên liệu đáng kể, điều này dẫn đến giảm một lượng chất thải có tác động xấu đến môi trường Trong đó, một trong những đối tượng có tiềm năng tiết kiệm năng lượng cao phải nói đến đó là hệ thống phun xăng điện tử

Có thể nói, hệ thống phun xăng điện tử đã giữ một vai trò quan trọng đối với động cơ ô tô hiện đại sử dụng nhiên liệu xăng hiện nay, nhưng đi kèm vấn đề khi xảy ra hư hỏng trên hệ thống rất khó phát hiện Để khắc phục cần có máy chẩn đoán nhưng giá thành của máy rất lớn không phảỉ ai cũng mua sắm được

Trường Cao đẳng Cộng đồng Hậu Giang có tổ chức giảng dạy hệ thống phun xăng điện tử nhưng tài liệu mô hình động cơ đặc biệt là máy chẩn đoán chưa có

Bắt nguồn từ khó khăn trên nên tác giả đã chọn đề tài: “Mô hình giảng dạy hệ thống phun xăng điện tử có hiển thị thông số của cảm biến”, để đóng góp cho

ngành công nghệ ôtô của nhà trường

1.2 Một số nghiên cứu ngoài nước và trong nước 1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước

Qua tìm hiểu công trình nghiên cứu ngoài nước như sau:

A Hamid, MTA Rahman, SF Khan, AH Adom, MA Rahim, MHN Ismail and A Norizan [1] nghiên cứu “Chẩn đoán động cơ qua mạng không dây (IoT)”, tháng 10 năm 2017 Nghiên cứu về một thử nghiệm để thực hiện chẩn đoán động cơ thông qua

mạng không dây Công trình này nhằm khắc phục vấn đề chẩn đoán trên OBD-II tiêu chuẩn hiện tại chỉ dùng ngoại tuyến hoặc có dây

Yong Xiong, Xiaoyan Li, Yong He, Min Wu [2] nghiên cứu “ Thiết kế và sử dụng hệ thống thử nghiệm ABS ECU khí nén”, tháng 3 năm 2015 ECU đóng vai trò quan

Trang 2

trọng trong việc đánh giá các tiêu chuẩn an toàn của hệ thống ABS, nó có thể được sử dụng để điều khiển bộ phận chấp hành theo các thông số trạng thái của xe Hệ thống có thể kiểm tra và đánh giá khả năng xử lý tín hiệu, khả năng giao tiếp và hiệu quả của các thuật toán điều khiển của ECU

Vlad Popescu, Iuliu Szekely [3] nghiên cứu “Hệ thống thu thập dữ liệu không dây sử dụng Bluetooth”, tháng 1 năm 2005 Nghiên cứu việc loại bỏ kết nối cáp vật

lý giữa hệ thống thu thập dữ liệu và bộ xử lý dữ liệu mang lại sự linh hoạt và mạnh mẽ cho mọi hệ thống, nghiên cứu này khả năng xây dựng một hệ thống thu thập dữ liệu không dây kích thước nhỏ, chi phí thấp với khả năng tiết kiệm được cải thiện

M A C Din [4] nghiên cứu “Phát triển bộ chuyển đổi CAN Bus cho hệ thống chẩn đoán trên (OBD-II)”, tháng 12 năm 2019 Nghiên cứu công nghệ CAN-bus mục

đích giảm dây nối và điều khiển hệ thống vật lý, thiết kế để tìm và đánh giá phương pháp nào phù hợp để nhận được kết quả dữ liệu chính xác và tránh dữ liệu bất thường và tốc độ truyền dữ liệu

Roman Gogola, Arpád Kósa [5] nghiên cứu “Điều khiển điện tử quá trình chuẩn bị và phun hỗn hợp nhiên liệu trong động cơ đốt trong”, tháng 11 năm 2014

Nghiên cứu này đề cập chuẩn bị và kiểm soát phun nhiên liệu hiệu quả trong động cơ đốt trong một bộ điều khiển động cơ đã được thiết kế cho kiểu động cơ xi-lanh đơn ảnh hưởng của số vòng quay trục khuỷu và vị trí của bướm ga đến quá trình phun nhiên liệu đã được thử nghiệm

1.2.2 Nghiên cứu trong nước

Qua nghiên cứu một số đề tài gần đây cũng chỉ chú trọng đến việc thiết kế , chế tạo, nêu qui trình vận hành thiết bị chưa có phần hiển thị các thông số làm việc của thiết bị:

* Nguyễn Hoàng Luân.[6] Nghiên cứu chế tạo các mạch tạo pan động cơ ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy (tháng 4/2017): Nội dung chủ yếu của

đề tài là thiết kế chế tạo các mạch tạo pan động cơ, giao diện mô phỏng trên máy tính được thực hiện bởi phần mềm LabVIEW Đề tài này thành công trong việc tạo ra các pan trên động cơ thông qua giao tiếp với máy tính, nhờ đó giúp cho học viên có thể

Trang 3

quan sát các thông số hoạt động của động cơ qua đó nâng cao chất lượng giảng dạy

* Trịnh Thái Luân.[7] Mô hình hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính thông qua LabVIEW (tháng 10/2012): Nội dung chủ yếu của đề tài này là Thiết kế

chế tạo mô hình hệ thống trợ lực điện, giao diện mô phỏng trên máy tính được thực hiện bởi phần mềm LabVIEW, chủ yếu thể hiện các thông số như: Điện áp thay đổi của cảm biến mô men; khả năng trợ lực của motor; màn hình hiển thị xung khi hệ thống làm việc ở nhiều chế độ khác nhau và núm điều chỉnh thay đổi tốc độ ô tô Ngoài ra, để giúp cho việc sử dụng mô hình đạt hiệu quả tốt trong giảng dạy và học tập, tác giả đã biên soạn bộ tài liệu giảng dạy theo chương trình đào tạo hệ cao đẳng, ngành công nghệ ô tô kèm theo mô hình

* Trần Văn Lợi.[8] Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lái không trục lái (tháng 10/2010): Nội dung chủ yếu của đề tài là ứng dụng phần mềm LabVIEW để

điều khiển cơ cấu lái không thông qua trục lái, tạo cảm giác lái của mô hình xác thực với cảm giác lái của hệ thống lái thực tế trên ô tô, thiết kế mô hình với bánh xe dẫn hướng không tiếp xúc với mặt đường

* Quách Tuấn Vinh [9] Thiết kế chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điều hòa nhiệt độ của xe ô tô có giao tiếp với máy tính (tháng 4/2017): Nội

dung chủ yếu của đề tài là thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điều hòa không khí trên ô tô, sử dụng LabVIEW để giao tiếp với mô hình Đề tài này thành công trong việc giúp người học quan sát và học tập các bộ phận của hệ thống điều hòa không khí ô tô một cách dễ dàng đồng thời thuận tiện trong việc tháo lắp, kiểm tra các bộ phận qua đó góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy lý thuyết và thực hành

1.3 Tính cần thiết của đề tài

Cho đến nay chưa có đề tài nào đầy đủ nội dung nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử, có giao tiếp với máy tính, thực hiện các bài giảng thực hành và thực nghiệm sư phạm trên mô hình có hiển thị thông số của cảm biến Một số mô hình được bày bán trên mạng của một số công ty, còn thiếu một số chức năng cần thiết để học tập và nghiên cứu trên mô hình như không quan sát được các chế độ

1.4 Mục tiêu nghiên cứu

- Thiết kế chế tạo được mô hình về động cơ phun xăng có hiển thị thông số của cảm biến, để giảng dạy được tốt hơn

- Góp phần cho khoa và thêm một mô hình để bổ xung vào thiết bị đào tạo nghề

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu

1NZ-1.6 Nội dung của đề tài

- Tạo một mô hình, bộ thu thập dữ liệu một số cảm biến thuộc hệ thống phun xăng điện tử trên thiết bị của một chiếc ô tô thật

- Biên soạn một số bài tập thực hành dùng dạy và học có thể tiến hành các thực nghiệm hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử

1.7 Phương pháp nghiên cứu

Dùng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp thực nghiệm: Dùng thực nghiệm để xây dựng mô hình, tạo các công tắc pan trên động cơ, giao tiếp với máy tính, biên soạn một số bài thực hành, so sánh, kiểm chứng kết quả thực hiện, minh chứng cho các thông số trên mô hình là đúng đắn, đáng tin cậy

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển phun xăng điện tử [10]

Hệ thống điều khiển bao gồm: Ngõ vào (inputs) với chủ yếu là các cảm biến; hộp ECU là bộ não của hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun, đánh lửa, van điều khiển cầm chừng, hệ thống chẩn đoán, chức năng an toàn

Trang 7

Hình 2.2: Sơ đồ các khối chức năng [10]

2.1.2 Thuật toán điều khiển [10]

Nhà chế tạo thiết kế và nạp vào sẵn trong CPU thuật toán này ECU sẽ xử lý dựa trên thông số đã nạp sẵn và đưa ra những lệnh điều khiển tốt nhất cho động cơ tùy thuộc vào quá trình làm việc

Liên hệ ngược với hệ thống điều khiển kiểu cổ điển Ta hãy xem xét thông số

Hình 2.3: Sơ đồ làm việc hệ thống điều khiển động cơ với liên hệ ngược [10]

Ký hiệu (t) là thông số điều khiển đầu ra, r(t) đã được định sẵn là tín hiệu so Tín hiệu V(t) được cảm biến đưa ra tỉ lệ thuận với (t), tức là:

Khi đó sẽ xuất hiện sự chênh lệch điện áp giữa tín hiệu thực và tín hiệu so Ve(t) sẽ xuất hiện khi có sự khác nhau về :

Giá trị Ve(t) = 0 nếu hệ thống làm việc tốt nhất Thực tế, giữa 2 tín hiệu luôn có

sự khác nhau và mạch điều khiển điện tử sẽ dựa vào sự khác nhau này để hình thành

xung VA(t) điều khiển cơ cấu chấp hành Việc thay đổi này sẽ tác động đến thông số đầu vào U(t) động cơ

Trang 8

2.2 Tín hiệu đầu vào

2.2.1 Cảm biến đo gió [10], [12]

Hình 2.4: Cấu tạo cảm biến loại dây nhiệt [12].

Động cơ 1NZ-FE sử dụng cảm biến loại dây nhiệt lắp trên đường ống nạp dẫn đến bướm ga có nhiệm vụ đo khối lượng không khí nạp trực tiếp đi vào buồng đốt

Khi có dòng điện chạy qua dây sấy làm cho dây nóng lên, nó được làm mát khi có dòng khí đi qua tương ứng với lượng gió Sau đó giữ cho dòng điện chạy vào làm cho nhiệt độ dây sấy không dao động, dòng điện đó tương ứng với khối lượng khí nạp vào động cơ Khi thay đổi dòng điện qua dây sấy tương ứng với khối lượng khí nạp vào động cơ, tín hiệu này được chân VG phát hiện và gởi về ECU động cơ

Hình 2.5: Nguyên lý làm việc của cảm biến đo gió dây nhiệt [12]

Trang 9

2.2.2 Cảm biến đo nhiệt độ khí nạp [11]

Được đặt chung cảm biến đo gió dùng để đo nhiệt độ không khí trước khi vào động cơ

Hình 2.6: Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp [11]

Nó có một nhiệt điện trở âm được nối về ECU theo sơ đồ mạch điện như trên Một nhiệt điện trở được gắn trong cảm biến, điện trở sẽ thay đổi tương ứng với nhiệt độ khí nạp vào trong động cơ Sự tăng hay giảm giá trị điện áp gởi đến ECU khi thay đổi giá trị điện trở, nguồn đưa đến chân cảm biến từ ECU có giá trị khoảng 5V

Khi khí nạp vào động cơ có nhiệt độ thay đổi làm cho giá trị điện trở ở cảm biến cũng biến đổi theo và điện áp từ chân THA sẽ thay đổi, chân THA dùng để nhận biết nhiệt độ khí nạp để tăng giảm thời gian phun

Bảng 2.1: Đặc tính cảm biến đo nhiệt độ khí nạp theo giá trị điện áp [11]

Nhiệt độ khí nạp (0C) Điện áp (V) Nhiệt độ khí nạp (0C) Điện áp (V)

2.2.3 Cảm biến đo nhiệt độ động cơ [11]

Được lắp trên thân máy gần với đường ống ra của nước làm mát sử dụng để xác định nhiệt độ của động cơ Một con nhiệt điện trở được gắn trong cảm biến sẽ có giá trị thay đổi tương ứng với nhiệt độ động cơ Sự tăng hay giảm giá trị điện áp gởi đến ECU được giám sát dưới sự biến đổi giá trị điện trở, nguồn điện đưa đến chân cảm

Hình 2.8: Đường đặc tính cảm biến đo nhiệt độ động cơ

Bảng 2.2: Đặc tính cảm biến đo nhiệt độ động cơ theo giá trị điện áp [11]

Nhiệt độ động cơ (0C) Điện áp (V) Nhiệt độ động cơ (0C) Điện áp (V)