Luận văn thạc sĩ: Thiết kế và thi công mô hình tạo Pan hệ thống phun xăng điện tử có giao tiếp máy tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

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

LUẬN VĂN THẠC SĨNGÔ MINH NHỰT

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH TẠO PAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ GIAO TIẾP MÁY TÍNH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

SKC008608

TP Hồ Chí Minh, Tháng 9 Năm 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ MINH NHỰT

“THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH TẠO PAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ GIAO TIẾP MÁY TÍNH”

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 8520116

Hướng dẫn khoa học: PGS.TS: ĐỖ VĂN DŨNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 03 năm 2024

(Ký và ghi rõ họ tên)

Ngô Minh Nhựt

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn:

- PGS.TS Đỗ Văn Dũng giảng viên hướng dẫn khoa học

- Quý Thầy, Cô khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh

- Các Bạn học viên lớp Cao học Cơ khí Động lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh

Đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt khóa học cũng như thực hiện luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024

Người nghiên cứu

Ngô Minh Nhựt

TÓM TẮT

Hệ thống phun xăng điện tử là sử dụng một hệ thống điều khiển điện tử, để can thiệp vào quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt động cơ nhằm tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu Hệ thống này đang được sử dụng phổ biến trên các loại động cơ hiện đại

Việc nghiên cứu về động cơ sử dụng hệ thống phun xăng điện tử là vấn đề cần thiết với người học và làm việc trong ngành kỹ thuật ô tô hiện nay Một trong những công việc cần làm đối với công tác giảng dạy tại một trường cao đẳng nghề là phải thường xuyên cập nhật những kiến thức kỹ thuật mới, đầu tư các thiết bị để phục vụ cho công tác giảng dạy Với mục tiêu đó tác giả đã thực hiện chế tạo một mô hình tạo Pan hệ thống phun xăng điện tử phù hợp và đáp ứng yêu cầu giảng dạy tại trường cao đẳng nghề Cần Thơ Mô hình được giao tiếp với máy tính có thực nghiệm, nghiên cứu đánh giá các tình trạng kỹ thuật của động cơ ở từng chế độ của động cơ đồng thời biên soạn các bài giảng thực hành về hệ thống phun xăng điện tử Luận văn được cấu trúc 5 chương:

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Thiết kế, chế tạo mô hình tạo Pan hệ thống phun xăng điện tử có giao tiếp máy tính

Chương 4: Thực nghiệm, đánh giá kết quả và các bài tập thực hành Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

ABSTRACT

Electronic fuel injection system is the system to control the process of injecting fuel into the engine combustion chamber for optimizing This system is being used commonly on modern car engines

The study of electronic fuel injection systems is a necessary for learners and technicians in the automotive engineering industry today One of the tasks for teaching at a vocational college is to regularly update new technical knowledge, invest in equipment to serve the teaching work With that goal, the author has fabricated a an electronic fuel injection system model that is suitable and meets the teaching requirements at Can Tho Vocational College The model is interfaced with an experimental computer, researching and evaluating the technical condition of the engine in each engine mode and compiling practical lectures on the electronic fuel injection system The thesis is structured in 5 chapters:

Chapter 1: Overview of research issues Chapter 2: Theoretical Basis of the thesis

Chapter 3: Design, make an electronic fuel injection system teaching model with computer interface

Chapter 4: Experiments, evaluate results and practice lessons design Chapter 5: Conclusion and further research direction

MỤC LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI I BIÊN BẢN CHẤM LUẬN VĂN CỦA HỘI ĐỒNG II PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN III PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1 IV PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2 VI LÝ LỊCH KHOA HỌC VIII LỜI CAM ĐOAN IX LỜI CẢM ƠN X ABSTRACT XII MỤC LỤC XIII DANH MỤC HÌNH ẢNH XVIII DANH MỤC BẢNG BIỂU XXII

CHƯƠNG 1 1

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan 1

1.2.1 Một số nghiên cứu trong nước 1

1.2.2 Một số nghiên cứu ngoài nước 2

1.3 Tính cấp thiết của đề tài 3

1.4 Mục tiêu nghiên cứu 4

1.5 Đối tượng nghiên cứu 4

1.6 Phương pháp nghiên cứu 4

1.7 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của luận văn 5

1.7.1 Nhiệm vụ của đề tài 5

1.7.2 Phạm vi nghiên cứu 5

CHƯƠNG 2 6

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Khái quát về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ 6

2.2 Các loại cảm biến và tín hiệu ngõ vào 7

2.2.1 Cảm biến đo gió 7

2.2.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 9

2.2.3 Cảm biến vị trí bướm bướm ga 11

2.3.2 Cấu tạo ECU 16

2.4 Điều khiển hệ thống đánh lửa 17

2.5 Điều khiển kim phun 18

2.6 Điều khiển chế độ không tải và kiểm soát khí thải 19

3.2 Thi công, xây dựng mô hình hệ thống phun xăng điện tử 23

3.2.1 Chức năng của mô hình 23

3.2.2 Các bộ phận chính của mô hình 24

3.3 Kết cấu mô hình 30

3.4 Thiết kế thiết bị đo tín hiệu trên mô hình kết nối với máy tính 31

4.4.1 Thực nghiệm đo tín hiệu vị trí piston (G): 49

4.4.2 Thực nghiệm đo tín hiệu tốc độ động cơ (NE) 50

4.4.3 Thực nghiệm đo tín hiệu điều khiển đánh lửa máy No.1 (IGT1) 51

4.4.4 Tính hiệu kim phun 52

4.5 So sánh kết quả thực nghiệm với mục tiêu thiết kế 53

4.6 Thực nghiệm tạo PAN và chẩn đoán bằng máy chuyên dùng 53

4.7 Các dạng bài tập thực nghiệm 58

4.7.1 Bài tập hệ thống khởi động 59

4.7.2 Bài tập mạch nguồn hộp ECU 62

4.7.3 Bài tập cảm biến đo gió 68

4.7.4 Bài tập hệ thống đánh lửa 73

4.7.5 Bài tập hệ thống phun xăng 78

CHƯƠNG 5 84

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

BÀI BÁO 87

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STSW Start Switch Signal Tín hiệu vận hành Relay máy khởi động

ACCR Accessory Relay Relay các trang thiết bị phụ STA Starter Relay Signal Tín hiệu máy khởi động

STAR Starter Control Signal Điều khiển Relay máy khởi động

IGF Ignition Confirmation Tín hiệu xác nhận đánh lửa

THA Thermostatic Air Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp

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

VCTA Voltage Circuit Throttle

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

CAN-H/CAN-L Controller Area Network

ELS Electrical Loading Signal Tải điện

ELS3 Electrical Loading Signal

DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2 Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng 7

2.10 Đường đặc tính và hàm nội suy góc mở bướm ga theo điện áp 12

2.21 Sơ đồ điều khiển phun nhiên liệu 19

Chương 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH TẠO PAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ GIAO TIẾP MÁY TÍNH

3.21 Giao diện giao tiếp bằng phần mềm Hantek 6022BL 39

3.31 Khối nguồn và khối điều khiển cho mạch tạo PAN 44

Chương 4: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH

4.4 Tín hiệu tốc độ động cơ (NE) đo trên máy OSILLOSCOPE 50 4.5 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy No.1 (IGT1) trên máy tính 51 4.6 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy No.1 (IGT1) trên máy

4.8 Tín hiệu điều khiển kim phun trên máy OSILLOSCOPE 53 4.9 Tạo Pan cảm biến vị trí trục cam trên máy tính 53

4.10 Sơ đồ khối vị trí tạo Pan trên hệ thống điều khiển động cơ 54 4.11 Tạo Pan cảm biến vị trí trục cam trên máy tính 55

4.17 Báo lỗi cảm biến đo gió trên máy chẩn đoán 70

4.19 Báo lỗi hệ thống đánh lửa trên máy chẩn đoán 76

4.21 Kiểm tra tính hiệu kim phun bằng máy đo xung

DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu

4.4 Bảng thông số đo kiểm chân ( giắc ) cảm biến lưu lượng khí

4.5 Bảng thông số đo kiểm chân ( giắc ) cảm biến nhiệt độ khí nạp 39

4.7 Bảng thông số đo kiểm chân ( giắc ) hệ thống đánh lửa 75

Hệ thống phun xăng điện tử có những cải tiến vượt bật trong lĩnh vực công nghệ kỹ thuật ô tô đặc biệt là trong động cơ ô tô Các hệ thống ngày càng tiên tiến hiện đại đòi hỏi việc bảo trì bảo dưỡng và chẩn đoán chuyên sâu hơn Vì thế nên người kỹ thuật viên sửa chữa ô tô có một nền tảng kiến thức sâu Phun xăng điện tử đã được nhiều trường thực hiện giảng dạy và đào tạo Nhng đối với việc đào tạo ngành công nghệ kỹ thuật ô tô phải có một cách tiếp cận trực quan thực tế hơn về các hệ thống

Trong trường cao đẳng nghề đào tạo nghề công nghệ kỹ thuật ô tô với nhiều mô đun trong đó động cơ phun xăng là một trong những mô đun quan trọng và cần thiết cho học viên Được sự đầu tư phát triển của trường về ngành với mong muốn trau dồi kiến

thức mới hiện đại hơn trong lĩnh vực ô tô Vì thế nên tác giả đã chọn đề tài: “Thiết kế

và thi công mô hình tạo Pan hệ thống phun xăng điện tử có giao tiếp máy tính” với

tâm quyết xây dựng sản phẩm của mình cho ngành công nghệ ô tô tại trường

1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan 1.2.1 Một số nghiên cứu trong nước

Thạc sĩ Ngô Thị Ánh Quỳnh với đề tài: Ứng dụng công nghệ Internet of thing trong thu thập đánh giá nhiệt độ và độ ẩm môi trường: Nội dung của đề tài là ứng dụng

công nghệ IOT ( Internet of thing) để điều khiển các hệ thống từ xa

Thạc sĩ Nguyễn Hoàng Luân 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; Nội dung nghiên cứu của đề

tài là thiết kế chế tạo mô phỏng các đặt tính của cảm biến, thu thập tính hiệu cảm biến tín hiệu đầu vào và tạo PAN động cơ trên phần mềm LabVIEW

Thạc sĩ Đào Anh Quân Nghiên với đề tài: Điều khiển hệ truyền động động cơ điện một chiều bằng card Arduino ứng dụng để điều khiển chuyển động máy nông nghiệp

nội dung của đề tài là khai thác ứng dụng Arduino để điều khiển hoạt động của động cơ nông nghiệp Hệ điều khiển tự động dùng card Arduino tạo ra một hệ truyền động số, kết hợp với tính thì hệ truyền động này sẽ rất thông minh vừa điều khiển vừa giám sát với đối tượng truyền động

1.2.2 Một số nghiên cứu ngoài nước

Đề tài nghiên cứu: Simplified d-type electronic fuel injection (D-EFI) instruction model của tác giả JIMCEL P PECASO với nội dung Xây dựng và thi công mô hình hệ động cơ phun nhiên liệu loại D-EFI phục vụ việc giảng tại trường Cao đẳng và Đại học Bang (SUV) ở Philippines

Đề tài nghiên cứu:Ddesign and development of electronic fuel injection control system program for single cylinder diesel engine của nhóm tác giả là SITTICHOMPOO S; THEINNOI K; SAWATMONGKHON B ở Trung tâm Công nghệ Đốt cháy và Năng lượng Thay thế CTAE, Trường Cao đẳng Công nghệ Công nghiệp, KMUTNB, Bangkok, Thái Lan với nội dung Nghiên cứu đánh giá về khí thải của động cơ diesel xi lanh đơn trên hai điều kiện là hệ thống phun nhiên liệu điều khiển bằng cơ và điện tử Các thực nghiệm cho thấy với hệ thống phun nhiên liệu điện tử tạo ra ít NOx hơn so với động cơ điều khiển bằng cơ là 50% Tuy nhiên, do áp suất phun cao hơn nên HC và CO tăng lên do sự tiếp xúc của nhiên liệu trên buồng đốt

Đề tài: Application of an electronic fuel injection system to a single cylinder, four stroke engine Của tác giả GLENN MICHAEL AMBER với nội dung nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng điện tử cho động cơ 4 kỳ xy lanh đơn áp dụng trên động

cơ sử dụng bộ chế hòa khí Thực nghiệm phân tích đánh giá kết quả trước và sau khi khi cải tiến cho thấy phun nhiên liệu điện tử cải thiện khoảng 20% mô men xoắn và mã lực so với bộ chế hòa khí

Đề tài : Direct training practical learning model on the teaching material diesel fuel injection system của nhóm tác giả ở trường đại học Universitas Negeri Semarang, Indonesia với nội dung nghiên cứu triển khai chế tạo và phát triển mô động cơ diesel điện tử đào tạo học tập trên mô hình

Thiết bị do Dae sung G-3 Co.Ltd, Hàn Quốc sản xuất Đây là mô hình đào tạo động cơ phun xăng với nhiều chức được tích hợp trên mô hình song vẫn có nhiều hạn chế ở đối với một số cơ sở giáo dục nghề nghiệp

- Chi phí cao

- Đối với chức năng giao tiếp chỉ qua cổng OBD II, chưa sử dụng được nhiều phần mềm giao tiếp khác Phần mềm tạo Pan còn hạn chế và thiết kế các bài tập thực hành chưa phong phú người học

Các đề tài trên có những phát minh mang tính mới và ứng dụng phần mềm Arduino và công nghệ Internet Of Thing kết nối với máy tính để điều khiển tạo các tình huống đã được thiết lặp sẵn

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

Nhằm phục vụ tốt nhu cầu nghiên cứu, tập của sinh viên, mô hình hệ thống phun xăng điện tử có giao tiếp máy tính giúp cho sinh viên khai thác hiệu quả các hệ thống trên một động cơ phun xăng đáp ứng đúng chức năng của môn học

Vì vậy đề tài “Thiết kế và thi công mô hình tạo Pan hệ thống phun xăng điện

tử có giao tiếp máy tính” ứng dụng giảng dạy thật sự cần thiết trong quá trình đào tạo

ngành công nghệ ô tô nói chung và nâng cao trình độ chuyên môn của giảng viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô của Khoa Động Lực nói riêng

Thiết kế, chế tạo nên sản phẩm mô hình tạo PAN hoạt động của hệ thống phun

xăng điện tử dưới hình thức thu gọn một hệ thống phun xăng điện tử thật trên xe kết hợp ứng dụng cộng nghệ thành một mô hình dạng đơn giản, hoạt động được, phù hợp yêu cầu học tập nghiên cứu, nhưng vẫn bảo đảm thực tế, thể hiện được đầy đủ các chức năng của hệ thống Với các ưu điểm như tính trực quan, sinh động, cơ động và sát với thực tiễn sẽ giúp cho công việc học tập và nghiên cứu chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ được thuận lợi và đạt hiệu quả cao

Các mô hình học tập giúp cho người học quan sát trực quan tiếp cận với các hệ thống một cách dễ dàng trong học tập, thực hành kiểm tra, chẩn đoán, thu thập dữ liệu hướng nghiên cứu phát triển về công nghệ mới hệ thống điều khiển động cơ

Luận văn đáp ứng được ba yêu cầu chính yếu trong nghiên cứu khoa học: Tính mới, tính cần thiết và tính quan trọng

1.4 Mục tiêu nghiên cứu

- Chế tạo được mô hình tạo PAN và xử lý PAN có giao tiếp máy tính

- Mô hình giao tiếp với máy tính bằng phần mềm Hantek hiển thị xung tín hiệu của một số tín hiệu đầu vào và tín hiệu phun xăng, đánh lửa

- Cập nhật và bổ sung cho trường thêm một mô hình đào tạo mới phục vụ cho việc giảng dạy ngành công nghệ ô tô

1.5 Đối tượng nghiên cứu

- Động cơ phun xăng điện tử 1NZ-FE - Các mạch tạo PAN trên động cơ 1NZ-FE

- Phương pháp thiết kế giao diện giao tiếp và phương pháp truyền dữ liệu qua máy tính bằng phần mềm Hantek

1.6 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

Lý thuyết nghiên cứu động cơ đốt trong và hệ thống điều khiển động cơ

Nghiên cứu phần mềm Hantek, Visual Studio

 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

Thiết kế, chế tạo bo mạch đánh pan, thực nghiệm vận hành mô hình đánh giá khả năng giao tiếp giữa mô hình hệ thống phun xăng điện tử với máy tính

1.7 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của luận văn 1.7.1 Nhiệm vụ của đề tài

Xây dựng một mô hình hệ tao PAN hệ thống phun xăng điện tử trên cơ sở các thiết bị của một ô tô thật ứng dụng công nghệ mới phục vụ cho công tác giảng dạy thực hành và có thể tiến hành các thực nghiệm hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử

Tạo Pan trên hệ thống phun xăng điện tử thông qua máy tính để đánh PAN một cách chính xác và thuận lợi nhất để phục vụ cho công tác giảng dạy chuyên môn kỹ thuật cho sinh viên

Biên soạn một số bài giảng về hệ thống phun xăng điện tử để phục vụ cho công tác giảng dạy chuyên môn kỹ thuật có trình độ trung cấp, cao đẳng tại trường

Kết hợp các kiến thức về lý thuyết trong tài liệu với các bài tập thực hành trên mô hình sẽ giúp cho quá trình đào tạo sát với thực tế

1.7.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài chỉ ứng dụng trong việc giảng dạy cho học sinh, sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô và hộ trợ chuyên môn kỹ thuật tại Khoa Động Lực, trường cao đẳng nghề Cần Thơ, nên phạm vi đề tài chỉ thực hiện trên hệ thống phun xăng điện tử của động cơ 1NZ Đồng thời chỉ khảo sát trên các thực nghiệm trên mô hình để làm rõ hoạt động của hệ thống

Thiết kế, chế tạo chỉ xin giới hạn chỉ tạo 10 PAN cơ bản và quan trọng trên hệ thống là trên cảm biến đo gió, cảm biến vị trí trục cam G, cảm biến vị trí trục khuỷu NE, cảm biến vị trí bướm ga, tín hiệu điều khiển kim phun máy số 2, số 3 và đánh lửa máy số 1, số 4 việc trình bày kết quả thi công dưới dạng sản phẩm hoàn thiện, phần nội dung không đề cập đến việc tính toán kết cấu cũng như sức bền cho từng chi tiết mô hình

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái quát về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ

Cấu trúc của hệ thống : tín hiệu đầu vào là các cảm biến, công tắc Bộ xử lý trung tâm là ECU động cơ, điều khiển đầu ra là các bộ chấp hành

ECU nhận dữ liệu đưa vào từ các cảm biến, các cảm biến cập nhật tình hình hoạt động của động cơ ECU xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành nhờ những chương trình có sẵn trong bộ nhớ Cơ cấu đầu ra phải bảo đảm thực

hiện lệnh của ECU một cách chính xác

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phun xăng điện tử

2.2 Các loại cảm biến và tín hiệu ngõ vào 2.2.1 Cảm biến đo gió

Hình 2.3: Cấu tạo cảm biến dây nhiệt

Động cơ 1NZ-FE sử dụng cảm biến đo gió loại dây nhiệt lắp trên đường ống nạp

sau lọc gió đo trực tiếp lưu lượng không khí nạp vào động cơ và nhiệt độ không khí vào

Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện của cảm biến dây nhiệt

Cảm biến đo gió loại dây nhiệt gồm một điện trở, dây nhiệt bằng platin Đồng thời tích hợp đo nhiệt độ của không khí nạp xy lanh dùng nhiệt điện trở để xác chính xác nhiệt độ không khí nạp vào xy lanh tín hiếu gửi về hộp điều khiển ECU Dữ liệu từ cảm biến gửi về hộp ECU sẽ thay đổi khi lượng không khi nạp vào đi qua cảm biến thay đổi Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dây sấy được ghép vào mạch cầu Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo

đường chéo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2

Khi dây sấy (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở giảm dẫn đến sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B Một bộ khuyếch đại xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy) Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn) Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượng khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B [4]

Đồ thị hình 2.5 là đường đặc tính của khối lượng khí nạp theo điện áp

Hình 2.5: Đường đặc tính của cảm biến lưu lượng khí nạp

2.2.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.6: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát phát hiện nhiệt độ của động cơ trong từng giai đoạn hoạt động Khi nhiệt độ hoặc giảm thì điện trở thay đổi theo sau đó gửi giá trị điện áp về ECU, ECU điều khiển lưu lượng nhiên liệu phun vào phù hợp với các mức nhiệt độ động cơ

Hình 2.7: Sơ đồ tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Nhiệt độ tiêu chuẩn là 80˚C Khi nhiệt độ dưới 80˚C thì cảm biến sẽ gửi tín hiệu về ECU động cơ, ECU sẽ thay đổi lượng nhiên liệu phun tăng lên và tăng góc đánh lửa sớm

Bảng 2.1: Giá trị điện áp ở các mức nhiệt độ

(V)

CÔNG TẮT MÁY ON

Nhiệt độ ở mức 00C 3.2 – 3.8

2.2.3 Cảm biến vị trí bướm bướm ga

Hình 2.8: Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến vị trí bướm ga sử dụng hai con trượt, hai điện trở và các tiếp điểm cho tín hiệu VTA và VTA2 được cung cấp tại các đầu của mỗi tiếp điểm Cảm biến vị trí bướm ga có 2 mạch cảm biến tương ứng phát ra 2 tín hiệu, VTA và VTA2 VTA được sử dụng để phát hiện góc mở bướm ga và VTA2 được sử dụng để phát hiện trục trặc của VTA Điện áp của tín hiệu cảm biến này thay đổi trong khoảng 0V tới 5V tỷ lệ với góc mở của bướm ga, và được truyền đến cực VTA và VTA2 của ECM

Một điện áp không đổi 5V được cấp cho cực VC từ ECU động cơ Khi tiếp điểm trượt dọc theo điện trở tương ứng với góc mở bướm ga thì làm cho điện trở thay đổi dẫn đến điện áp ra thay đổi theo Điện áp này được đưa đến chân VTA và VTA2 của ECU động cơ

VTA2 hoạt động giống như VTA, nhưng bắt đầu ở một giá trị điện trở nhỏ hơn tương ứng điện thế cao hơn và tỷ lệ thay đổi điện trở khác với VTA Khi bướm ga mở ra hai tín hiệu điện áp tăng với tốc độ khác nhau ECM sử dụng cả hai tín hiệu để phát hiện

sự thay đổi vị trí cánh bướm ga Bằng cách có hai cảm biến, ECM có thể so sánh điện áp và phát hiện các vấn đề VTA2 đạt đến giới hạn trên của nó sớm hơn VTA [4]

Hình 2.9: Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga

Bảng 2.2: Giá trị điện áp theo đổi theo góc mở bướm ga

2.2.4 Cảm biến Oxy

Hình 2.11: Cảm biến Oxy

Cảm biến oxy đo nồng độ oxy có trong khí thải để gửi thông tin về cho hộp ECU điều khiển, ECU lấy thông tin từ cảm biến gửi sẽ biết được tình nhiên liệu đang đậm hay nhạt để hiệu chỉnh lượng phun nhiên liệu phù hợp Điên áp ở mức 0.1V khí thải có hàm lượng oxy cao Điện áp ở mức 0.9V khí thải có hàm lượng oxy thấp [1]

Hình 2.12: Cấu tạo cảm biến Oxy

2.2.5 Cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu 2.2.5.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình 2.13: Cảm biến vị trí trục khuỷu NE

Cảm biến tốc độ động cơ (Engine Speed, Crankshaft Angle Sensor) có nhiệm vụ gửi tín hiệu tốc độ động cơ về hộp điển ECU, và các cảm biển tín hiệu đầu vào khác cũng sẽ đồng thời gửi tín hiệu vào hộp điều khiển ECU, thông qua đó hộp điều khiển

ECU sẽ xử lý và điều khiển tín hiệu ra như phun xăng, đánh lửa

Hình 2.14 Hình dạng xung tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu

Cảm biến bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu, một roto (34 vành răng nhỏ và 1 vành răng lớn) tạo tín hiệu Roto cảm biến được gắn ở đầu trục khuỷu Khi động cơ hoạt động, trục khuỷu quay khe hở giữa các vành răng trên roto và cảm biến trục khuỷu sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra điện áp và gửi tín hiệu về hộp điều khiển ECU dưới dạng đồ thị hình sin

2.2.5.1 Cảm biến vị trí trục cam

Hình 2.15: Cảm biến vị trí trục cam G

Cảm biến vị trí trục cam gửi tín hiệu về hộp điều khiển ECU, dựa vào tín hiệu này để nhận biết góc của trục khuỷu tiêu chuẩn từ đó xác định thời điểm phun và thời điểm đánh lửa tương ứng

Hình 2.16: Xung cảm biến vị trí trục cam

Cảm biến bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu, một roto (gồm 3 vành răng) tạo tín hiệu Roto cảm biến được gắn trên trục cam Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam gửi về hộp điều khiển ECU có dạng đồ thị là hình sin

Khi trục cam quay khe hở không khí giữa vành răng trên roto cảm biến và cảm biến trục cam sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu G Tín hiệu G được chuyển đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU

2.3 Bộ điều khiển điện tử 2.3.1 Chức năng

Thu thập dữ liệu từ cảm biến tín hiệu đầu vào, xử lý thông tin tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển thích hợp đến cơ cấu chấp hành điều khiển hoạt động của động cơ và đưa ra dữ liệu chẩn đoán

2.3.2 Cấu tạo ECU

Mỗi hệ thống điều khiển trên ô tô được trang bị một bộ phận điều khiển điện tử ECM (Electronic Control Module) hay còn gọi ECU (Electronic Control Unit)

ECM có cấu tạo gồm:

- Bộ nhớ: Dùng để lưu trữ các lệnh và dữ liệu cho bộ vi xử lí hoặc các vi mạch khác đây là cơ sở chính cho bộ vi xử lí CPU nhận dữ liệu để xử lí Bộ nhớ trong được tạo bởi các vi mạch bán dẫn

- Bộ vi xử lý: Bộ vi xử lí sẽ có chức năng nhận các tín hiệu từ các cảm biến (theo dõi tình trạng động cơ) thông qua các thiết bị ghép nối và sẽ xử lí các thông tin và đưa ra các quyết định dựa trên tập hợp các lệnh chương trình đã được lập trình sẵn và lưu trong bộ nhớ để điều khiển cơ cấu chấp hành vòi phun và igniter

- BUS là các bộ phận để nối kết, liên lạc, trao đổi dữ liệu giữa tất cả các bộ phận trong ECM [1]

- Các thiết bị phụ: Ngoài những bộ phận chính như trên thì trong ECM còn có một số bộ phận khác như: Main Board, nguồn nuôi dữ liệu, các mạch ổn định điện áp để cung cấp cho bộ vi xử lí và các cảm biến, các Transistor kích hoạt để mở dòng, các Transistor

công suất, vỏ bao đồng thời tản nhiệt cho bộ phận công suất, các đầu cổng cắm để nối kết với các cảm biến và cơ cấu chấp hành

Hình 2.16: Sơ đồ cấu trúc chung của ECM 2.4 Điều khiển hệ thống đánh lửa

Trên động cơ 1NZ-FE, Toyota sử dụng mỗi bô bin cho một xi lanh Hệ thống đánh lửa trực tiếp không có bộ chia điện cũng như không có dây cao áp, không còn khe hở trên đường dẫn cao áp, bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và tiêu hao năng lượng đánh lửa

Trong hệ thống này, ECU điều khiển trực tiếp hệ thống đánh lửa, tiếp nhận các thông tin tín hiệu đầu vào như cảm biến vị trí trục cam G, tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu NE và các tín hiệu khác Khi đã xác định được thời điểm đánh lửa, ECU gửi tín hiệu IGT đến IC đánh lửa Đồng thời, tín hiệu IGF được gửi đến ECU động cơ [4]

Hình 2.18: Tín hiệu của IGT và IGF dạng xung

2.5 Điều khiển kim phun

Hình 2.19 Cấu tạo kim phun nhiên liệu

Tín hiệu điều khiển phun nhiên liệu được hộp điều khiển ECU điều khiển để mở kim phun và phun nhiên liệu vào đường ống nạp phù hợp với tốc độ động cơ

Hình 2.20: Sơ đồ điều khiển phun nhiên liệu

Ngoài việc điều khiển tín hiệu phun xăng và đánh lửa thì hộp điều khiển ECU còn lưu các mã lỗi của động cơ, và hiển thị các mã lỗi trên bảng đông hồ táp lô nhằm thông báo cho người sử dụng xe biết về tình trạng hư hỏng của xe, và giúp cho việc chẩn đoán và bảo dưỡng sửa chữa nhong chống và dễ dàng hơn

2.6 Điều khiển chế độ không tải và kiểm soát khí thải

Hình 2.21: Van điều khiển tốc độ không tải (ISC)

to nước 100%

Hệ thống điều khiển tốc độ không tải có nhiệm vụ điều khiển một lượng gió đi vào động cơ mà không đi qua cánh bướm ga Hệ thống bao gồm van không tải, ECU và các cảm biến liên quan Hệ thống có các chế độ hoạt động sau:

Chế độ khởi động: Khi động cơ không hoạt động, tín hiệu từ cảm biến vị trí trục

khuỷu không gửi đến ECU động cơ, van không tải mở hoàn toàn, giúp động cơ khởi

động lại dễ dàng Chế độ sau khởi động:

Hình 2.22: Điều khiển cầm chừng ở chế độ sau khởi động

Chế độ hâm nóng: Khi nhiệt độ động cơ tăng lên van điều khiển tiếp tục đóng từ

B → C cho đến khi nhiệt độ nước làm mát đạt ở 80oC

Hình 2.23: Điều khiển cầm chừng ở chế độ hâm nóng

Ngoài ra còn ECU còn hiệu chỉnh chế độ không tải khi có tín hiệu từ hộp số tự động, tín hiệu tải của máy phát, máy lạnh

Trong hệ thống nhiên liệu, ECU đảm nhiệm vai trò tính toán và gửi tín hiệu kích transitor của từng kim phun tương ứng để nhấc kim phun, thời gian nhấc kim phun bao

A

to nước

o

lâu tùy thuộc thời gian ECU cung cấp dòng kích cuộn dây của kim phun, thời gian này được ECU tính toán sao cho phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ được tính toán dựa trên các dữ liệu các cảm biến gửi về

CHƯƠNG 3:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH TẠO PAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ GIAO TIẾP

MÁY TÍNH 3.1 Các yêu cầu về mô hình giảng dạy thực hành 3.1.1 Tính khoa học sư phạm

Mô hình phải đảm bảo được học sinh tiếp thu được kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo nghiệp tương xứng với nghề nghiệp Người giáo viên truyền đạt kiến thức, người học tiếp thu và nâng cao khả năng nghiên cứu và tư duy logic

Các hệ thống trên mô hình dạy học và các bài tập thực hành kèm theo phải bảo đảm tính đặc trưng của việc dạy lý thuyết, thực hành và các nguyên lý sư phạm cơ bản

Các bộ phận hệ thống trên mô hình dạy học phải phù hợp ý nghĩa sư phạm và phương pháp giảng dạy từ đó hình thành tư duy nghiên cứu cho người học

Các mô hình dạy học phải có sự liên kết chặt chẽ bố cục và hình thức trong đó mỗi loại trong bộ phương tiện phải có vai trò tích cực và chức năng riêng

Mô hình dạy học phải thúc đẩy việc sử dụng các phương pháp dạy học tiên tiến, hiện đại

3.1.2 Tính nhân trắc học của phương tiện dạy học

Mô hình dạy học giảng dạy trước sinh viên phải kích thướt phù hợp để người ngồi sau cũng quan sát được Các mô hình không chiếm nhiều không gian trong xưởng

Phải phù hợp với người dạy và người học

Màu sắc có tác dụng thông tin, phải hài hòa, không làm chói mắt khó phân biệt với chi tiết

Mô hình dạy học phải đảm bảo tất cả các yêu cầu kỹ thuật an toàn và khi sử dụng không gây nguy hiểm cho người sử dụng

3.2 Thi công, xây dựng mô hình hệ thống phun xăng điện tử

Trong phạm vi giới hạn của luận văn, không trình bày các bước tính toán các thông số để lựa chọn, ví dụ tính dao động của động cơ và các hệ thống khi làm việc, khả năng chịu tải trọng của giá đỡ động cơ… Ở đây chỉ giới thiệu thi công mô hình dưới dạng một sản phẩm đã được thực hiện xong, theo các tiêu chí đã đặt ra Các cụm chi tiết thật của

động cơ 1NZ - FE được trang bị trên xe Toyota- Vios đời 2009 Đây là loại xe hiện vẫn

còn phổ biến ở nước ta nói chung cũng như trong các đơn vị Khoa Động Lực, Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ nói riêng và đang có nhu cầu sửa chữa nhiều

3.2.1 Chức năng của mô hình

Phục vụ giảng dạy, giảng dạy lý thuyết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ, các hệ thống điều khiển trên động cơ…

Phục vụ giảng dạy, giảng dạy thực hành kiểm tra, đo đạc các thông số điều chỉnh

các bộ phận, hệ thống của động cơ

Tạo pan; chẩn đoán và xử lý pan

3.2.2 Các bộ phận chính của mô hình 3.2.2.1 Động cơ 1NZ-FE

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE

Thời gian tănng tốc từ 0 – 100Km/h 10 giây

Hệ thống nạp nhiên liệu EFI (Phun nhiên liệu điện tử)