vi
MC LC
Trang tựa TRANG
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Li cam đoan ii
Li cm t iii
Tóm tắt .iv
Mc lc vi
Danh sách các chữ viết tắt xi
Danh sách các hình xii
Danh sách các bng xvii
Chngă1:ăTNG QUAN 1
1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cu 1
1.2. Tình hình nghiên cu trong và ngoài nớc 3
1.2.1. Tình hình nghiên cu hệ thng van biến thiên trên thế giới 3
1.2.2. Tình hình nghiên cu trong nớc 7
1.3. Mc tiêu và đi tng nghiên cu 8
1.3.1. Mc tiêu nghiên cu 8
1.3.2. Đi tng nghiên cu 9
1.4. Nhiệm v và phm vi nghiên cu 9
1.4.1. Nhiệm v 9
1.4.2. Phm vi nghiên cu .9
1.5. Phơng pháp nghiên cu 10
Chngă2:ăCăS LÝ THUYT 11
2.1. Tổng quan về hệ thng VVT-i 11
2.1.1. nh hng ca góc trùng điệp đến công suất, tiêu hao nhiên liệu và khí thi
trên đng cơ 12
vii
viii
3.3.4. Mô phng các mch điện điều khiển đng cơ 42
3.3.5. Mô phng các hệ thng khác 44
Chngă4.ăTHIT K,ăTHIăCỌNGăMỌăHỊNHăĐNGăCăPHUNăXĔNGăCịă
H THNG VVT-I 46
4.1. Giới thiệu đng cơ 1SZ-FE 46
4.1.1. Sơ đồ hệ thng điều khiển điện tử trên đng cơ 1SZ-FE 47
4.1.2. Các tín hiệu đầu vào 48
4.1.3. Hệ thng điều khiển 48
4.1.4. Hệ thng chẩn đoán. 49
4.1.5. Hệ thng dự phòng. 49
4.2. Thiết kế, chế to mô hình đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i 51
4.2.1. Cấu to mô hình 51
4.2.2. Đặc điểm kỹ thuật các b phận chính trên mô hình 53
4.2.3. Các yêu cầu khi sử dng mô hình 58
Chngă5.ăTHIT K BÀI GING TÍCH HP THC TPăĐNGăCăPHUNă
XĔNGăCịăH THNG VVT-I 59
5.1. Cơ s lý thuyết về dy học tích hp 59
5.1.1. Khái niệm dy học tích hp 59
5.1.2. Mc đích ca dy học tích hp 60
5.1.3. Đặc điểm ca dy học tích hp 61
5.2. Biên son các bài ging thực hành điện đng cơ cho đng cơ phun xăng
có hệ thng VVT-i 66
5.2.1. Những yêu cầu khi biên son bài ging 66
5.2.2. Biên son các bài ging thực tập điện đng cơ phun xăng theo mô hình 67
Bài 01: Kiểm tra mch nguồn, mch VC và mch ni đất 67
Bài 02: Kiểm tra cm biến đo gió 72
Bài 03: Kiểm tra cm biến vị trí bớm ga 76
Bài 04: Kiểm tra cm biến nhiệt đ nớc làm mát 80
VVT ( variable valve timing): Van biến thiên
VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence): Van biến thiên thông minh
VVTL-i(Variable Valve Timing and Lift intelligent system): Hệ thng nâng van
biến thiên thông minh
VVT-iE (Variable Valve Timing - intelligent by Electric motor) : Van biến thiên
điều khiển bằng motor điện
CMP ( Camshaft position sensor): Cm biến vị trí trc cam
CKP (Crankshaft position sensor ): Cm biến vị trí trc khuỷu
ADRC(active disturbance rejection controller): Hot đng điều khiển loi b
nhiễu
EGR ( Exhaust Gas Recirculation): Hệ thng luân hồi khí x
VCR ( Variable Compression Ratio): Tỷ lệ nén biến thiên
OBD (On-Board Diagnostic): Hệ thng chẩn đoán
AFR (Air/Fuel Ratio): Tỷ lệ không khí/nhiên liệu
CA (Crank Angle): Góc quay trc khuỷu
VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control): Van biến thiên và
điều khiển nâng van bằng điện tử
MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ): Hệ
thng van biến thiên điều khiển điện tử Mitsubishi
xi
DTC (Diagnostic Trouble Codes) : Mã li
DLC (Diagnostic Link Connector) : Giắc kết ni chẩn đoán
xii
DANH SÁCH HÌNH
HÌNH TRANG
Hình 2.1: Hệ thng VVT-i trên đng cơ 12
Hình 2.2: nh hng ca góc trùng điệp xu-páp đến khí x đng cơ 13
Hình 3.3: Chọn màu nền trong Flash 8 34
Hình 3.4: To hình nh Bitmap 35
Hình 3.5: To chuyển đng liên túc đi tng mô phng 36
Hình 3.6: Xử lý hình nh đi tng mô phng 37
Hình 3.7: To lệnh dừng đon phim mô phng 37
Hình 3.8: Save và định dng đon phim mô phng 39
Hình 3.9: Giao diện mô phng các hệ thng điều khiển đng cơ Toyota 1SZ-FE. . 40
Hình 3.10: Mô phng hệ thng VVT-i. 40
Hình 3.11: Mô phng van điều khiển dầu VVT-i 41
Hình 3.12: Mô phng cm biến vị trí trc cam 41
Hình 3.13: Mô phng cm biến vị trí trc khuỷu 42
Hình 3.14: Mô phng cm biến kích nổ 42
Hình 3.15: Mô phng mch điều khiển bơm xăng 43
Hình 3.16: Mô phng mch cấp nguồn 43
Hình 3.17: Mô phng mch điều khiển kim phun 43
Hình 3.18: Mô phng mch điều khiển qut làm mát 44
Hình 3.19: Mô phng mch điều khiển đánh lửa 44
Hình 3.20: Mô phng hệ thng điều khiển không ti ISC 45
Hình 3.21: Mô phng hệ thng khi đng đng cơ 45
Hình 4.1: Đng cơ Toyota Yaris 1SZ-FE. 47
Hình 4.2: Vị trí các chi tiết điều khiển đng cơ 1SZ-FE 47
Hình 4.3: Hình chiếu trc đo và hình chiếu đng khung mô hình 51
Hình 4.4: Hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh khung mô hình 51
Hình 4.5: Sa bàn trên mô hình 52
xiv
Hình 4.6: Đng cơ 1SZ-FE đc lắp đặt trên khung mô hình 52
Hình 4.7: Sơ đồ chân ECU trên mô hình 53
Hình 4.8: Sơ đồ mch điện đng cơ 1SZ-FE 54
Hình 5.1: Các thành phần ca cấu trúc năng lực 62
Hình 5.29: Kiểm tra điện tr cm biến 90
Hình 5.30: Dng xung tín hiệu cm biến G, NE 93
Hình 5.31: Sơ đồ mch điện cm biến G, NE trên đng cơ 93
Hình 5.32: Kiểm tra điện tr cm biến vị trí trc khuỷu 94
Hình 5.33: Kiểm tra điện tr cm biến G 95
Hình 5.34: Sơ đồ mch điện điều khiển qut làm mát 97
Hình 5.35: Kiểm tra dòng điện qua qut bằng Ampe kế 98
Hình 5.36: Cấu to van điều khiển dầu phi khí VVT-i 101
Hình 5.37: Kiểm tra điện tr ca van VVT-i 101
Hình 5.38: Kiểm tra hot đng ca van 102
Hình 5.39: Dng xung ca van điều khiển dầu VVT-i 102
Hình 5.40: Cấu to cm bơm nhiên liệu 104
Hình 5.41: Sơ đồ mch điện điều khiển bơm nhiên liệu 104
Hình 5.42: Kiểm tra điện tr bơm nhiên liệu 105
Hình 5.43: Kết ni đồng hồ đo áp suất với ng nhiên liệu 108
Hình 5.44: Kiểm tra áp suất nhiên liệu 108
Hình 5.45: Áp suất nhiên liệu tc đ không ti 109
Hình 5.46: Áp suất nhiên liệu sau khi tắt máy 109
Hình 5.47: Cấu to kim phun 111
Hình 5.48: Kiểm tra điện tr kim phun 112
Hình 5.49: Kết ni b dng c đo vào kim phun 112
Hình 5.50: Kết ni dây kiểm tra vào kim phun 113
Hình 5.51: Kiểm tra tín hiệu điều khiển kim phun bằng đèn LED 114
Hình 5.52: Xung điện áp điều khiển kim phun 114
Hình 5.53: Cấu to van ISC kiểu van xoay, mt cun dây tích hp 116
Hình 5.54: Mch điện điều khiển van ISC 117
xvi
Hình 5.55: Kiểm tra hot đng m ca van ISC 117
DANH SÁCH BNG BNG TRANG
Bng 4.1. Quan hệ giữa mch có tín hiệu không bình thng và chc năng an toàn
50
Bng 4.2: Ký hiệu các chân trong hp ECU 56
Bng 4.3. Bng điện áp các cực ca ECU 58
Bng 5.1: Bng trng thái ca khóa điện 71
Bng 5.2: Bng giá trị điện tr cm biến vị trí bớm ga 78
Bng 5.3: Bng giá trí điện áp cm biến vị trí bớm ga 79
Bng 5.4: Bng giá trị điện tr cm biến nhiệt đ nớc làm mát 82
Bng 5.5: Bng giá trị điện áp cm biến nhiệt đ nớc làm mát 83
Bng 5.6: Bng giá trị điện tr cm biến NE 94
Bng 5.7: Bng giá trị điện tr cm biến G 95
Bng 5.8: Mt s mã chẩn đoán OBD-2 130 1
Chngă1
TNG QUAN
1.1. Tng quan v lƿnhăvc nghiên cu.
Trớc thực trng nguồn năng lng hóa thch đang ngày cn kiệt, vấn đề ô nhiễm
môi trng từ khí x đng cơ đt trong đang ngày mt trầm trọng, các thiết bị tiện
nghi trên xe ô tô ngày càng nhiềunhằm đáp ng nhu cầu ngày càng cao ca ngi
sử dng xe ô tô,đòi hi đng cơ làm việc cần phi có công suất ngày càng cao.
Chính vì vậy, việc tính toán thiết kế ô tô ngày nay đang phi đi mặt với hai vấn đề
nhiên liệu, nhng sẽ làm phc tp thêm hệ thng, việc nghiên cu hệ thng, bo
dỡng và sửa chữa khó khăn, ngi sử dng cần chăm sóc hệ thng cung cấp điện
chặt chẽ hơn (máy phát điện, ắc quy, ).
Bên cnh đó, cùng với sự ci tiến không ngừng về công nghệ trên xe ô tô hiện nay
thì công tác đào to ngành công nghệ ô tô các trng học, trung tâm đào to cũng
không ngừng đc ci tiến c về chơng trình đào to lẫn trang bị các trang thiết bị
hiện đi phc v cho quá trình đào to ca mình nhằm đáp ng đc nhu cầu ngày
càng cao ca xã hi về chất lng đào to. Đi với công tác ging dy ngành công
nghệ ô tô cần phi có sự trực quan nhiều thì mô hình, hình nh mô phng đóng vai
trò hết sc quan trọng trong việc ging dy ca giáo viên và việc tự học ca sinh
viên. Thông qua mô hình kết hp mô phng ngi học dễ dàng nhận diện đc các
chi tiết và hot đng ca các hệ thng trên xe ô tô, đồng thi cũng có kh năng tự
học, tự tìm kiến thc cho bn thân. Ngoài ra mô hình còn giúp ngi học có kh
năng thực hành sửa chữa mt cách hiệu qu trớc khi tiến hành sữa chữa thực tế
trên xe.
Xuất phát từ những điều kiện thực tế nêu trên, đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình và
bài giảng tích hợp cho động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i” đc thực hiện với
mc đích chính là nâng cao hiệu qu đào to ngành công nghệ ô tô, to điều kiện
thuận li cho giáo viên và sinh viên trong quá trình ging dy và nghiên cu về
3
đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i, đồng thi góp phần hiện đi hóa phơng
tiện và phơng pháp dy thực hành trong đào to ngành công nghệ ô tô.
1.2. Tình hình nghiên cu trongăvƠăngoƠiănc.
1.2.1. Tình hình nghiên cu v h thng VVT trên th gii:
Thực tế hiện nay nguồn nhiên liệu hóa thch đang ngày càng cn kiệt, trong khi đó
nguồn nhiên liệu thay thế vẫn còn nhiều hn chế và tình trng ô nhiễm môi trng
do khí thi đng cơ sinh ra đang ngày mt trầm trọng thì việc nâng cao hiệu suất
làm việc ca đng cơ, gim tiêu hao nhiên liệu, gim ô nhiễm môi trng có thể nói
đó là tiêu chí hàng đầu đi với mi hãng chế to ô tô.
suất ca ADRC. Ngoài ra,ADRCchỉ cóhai thông sđiều chỉnh, làm cho nó rất đơn
gin đểthực hiện vàđiều chỉnhtrong thế giới thực.
- Công trình nghiên cu “Optimization design of intake manifold and valve
timing of gasoline engine based on AMESim code” ca Han Wenyan
Sch. of Automotive Studies, Tongji Univ, Shanghai, China năm 2011. Ni dung
ca công trình nghiên cu là ti u hóa thiết kế đng ng np và van biến thiên
đng cơ xăng dựa trên mư AMESim để đánh giá mc tiêu hao nhiên liệu và mô
menđng cơ chế đ tc đ thấp và trung bình. Để có đc mc tiêu th nhiên
liệu thấp hơn và mô men xoắn cao hơn tc đ thấp và trung bình, tác gi đư sử
dng mt đng cơ mô phng đng cơ xăng. Sau khi thiết lập các dữ liệu thử
nghiệm, mô hình mô phng đc sử dng để ti u hóa hiệu suất làm việc ca
đng cơ xăng. Những nh hng ca chiều dài đng ng np và van biến thiên tới
mô men xoắn, mc tiêu hao nhiên liệu đng cơ đc phân tích mt cách chi tiết.
Kết qu cho thấy, mômen xoắn đng cơ và mc tiêu th nhiên liệu c thể trong giai
đon tc đ thấp và trung bình có thể đc ci thiện mt cách hiệu qu nh thi
gian van đc ti u hóa và phù hp với chiều dài đng ng np hp lý bằng
cách sử dng các hiệu ng khí đng.
- Công trình nghiên cu “An investigation for improving power performance
by VVT effect of spark ignition engine by WAVE simulation” ca Ganbold, T.
Sch. of Mech. Eng, MUST, Ulaanbaatar, Mongolia năm 2010. Công trình đc
5
thực hiện bằng cách mô phng đng cơ phun xăng có hệ thng van biến thiên
(VVT) bằng phần mềm mô phng WAVE ca Ricardo. Các kết qu mô phng đc
đánh giá cao về thử nghiệm mô men xoắn và giúp dự đoán xu hớng về hiệu suất
ca đng cơ khi có sự thay đổi thi gian đóng m ca van biến thiên. Công trình
nghiên cu này cũng mô t các tác đng ca thi gian đóng m hệ thng van biên
thiên đến lực, mômen xoắn và khí còn sót li.
- Công trình nghiên cu “Air Path Estimation for a Turbocharged SI Engine
with Variable Valve Timing” ca Leroy - Fancais du Petrole, Rueil- Malmaison
là to ra mt chơng trình có tỉ lệ nén biến thiên (VCR) kết hp hệ thng van biến
thiên có kh năng cung cấp mt hiệu suất tiêu th nhiên liệu ti u cho đng cơ khi
xe chy trong thành ph. Các giá trị về tc đ, ti trọng khi xe chy trong thành ph
không có VVT và VCR đc sử dng làm tiêu chuẩn so sánh. Các nh hng ca
hệ thng VVT và VCR đc nghiên cu đề xác định kết qu thực tế ci thiện mc
tiêu hao nhiên liệu khi có sự tích hp ca tỷ lệ nén và công nghệ điều khiển van
biến thiên để ti u hóa đng cơ. Kết qu cho thấy hai công nghệ này có thể phi
hp với nhau giúp gim thiểu mc tiêu hao nhiên liệu ti mt s chế đ hot đng
điển hình mặc dù có sự chồng chéo. Qua đó cho thấy đng cơ có kh năng tiết kiệm
nhiên liệu ti đa thông qua sc mnh tổng hp hai công nghệ và đc xác định bằng
phơng pháp ti u thuật toán di truyền.
- Công trình nghiên cu “An Assessment of Intake and Exhaust Philosophies
for Variable Valve Timing” ca G. B. Parvate-Patil, H. Hong and B. Gordon,
Concordia University năm 2003. Ni dung nghiên cu ca đề tài là:Trong các đng
cơ đt trong, đặc biệt đi với đng cơ xăng, hệ thng van biến thiên VVT đư to ra
mt nh hng lớn về hiệu suất đng cơ và khí thi do đng cơ sinh ra. Bi vì thông
thng đng cơ xăng truyền thng thì thi gian đóng m van np, van x là c định
và đồng b hóa giữa trc cam và trc khuỷu. Bằng cách sử dng công nghệ van biến
thiên hệ thng có thể kiểm soát đóng m van theo giai đon và thi gian ti bất kỳ
điểm nào trên đng cơ với kết qu là hiệu suất tổng thể ca đng cơ đc nâng
cao.Để đánh giá đầy đ các li ích từ VVT nhiều thử nghiệm khác nhau đc đề
7
xuất. Công trình nghiên cu này đc thực hiện nhằm nghiên cu công nghệ hút và
x ca hệ thng VVT và nh hng ca nó đến chu trình áp suất - thể tích ca đng
cơ bằng cách mô phng mt đng cơ có hệ thng VVT bằng phần mềm GT-Power.
Những nh hng ca ca hệ thng VVT đc nghiên cu từ mô phng đc phân
tích - đánh giá và so sánh với các thử nghiệm đư đc thực hiện để xem xét.
1.2.2. Tình hình nghiên cuătrongănc:
Việt Nam việc chế to các mô hình học c đc thực hiện nhiều các trng đào
nhập khá cao, nhiều trng khó có thể trang bị. Việc nghiên cu và chế to các mô
hình phc v cho việc ging dy và nghiên cu vẫn còn quy mô nh, phần lớn là
do nhu cầu cấp thiết ca công tác ging dy nên tự thiết kế và thi công trên các thiết
bị sẵn có. Mt s công ty sn xuất đồ dùng dy học nớc ta cũng đư nghiên cu
chế to nhiều thiết bị, mô hình dy học về đng cơ xăng có hệ thng VVT-i nhng
rất đơn gin, ch yếu là dùng để ging dy về cấu to, nguyên lý hot đng cơ bn
ca các hệ thng trên đng cơ và các bài học thực hành trên mô hình. Các mô hình
này thiếu mt s chc năng cần thiết để sinh viên học tập và tự nghiên cu trên mô
hình, không quan sát đc các chế đ hot đng ca hệ thng VVT-i trên đng cơ.
1.3. Mc tiêu vƠăđiătng nghiên cu.
1.3.1. Mc tiêu nghiên cu:
Vận dng các kiến thc về đng cơ phun xăng điện tử có hệ thng VVT-i, phần
mềm mô phng Macromedia Flash và lý thuyết về dy học tích hp để thiết kế, chế
to mô hình dy học, mô phng hệ thng điện điều khiển đng cơ và biên son các
bài ging tích hp cho đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i với mc tiêu:
- Bổ sung thêm trang thiết bị hiện đi trong đào to ngành công nghệ ô tô.
- To điều kiện cho ngi học tiếp cận đc công nghệ mới trên đng cơ ô tô
hiệnđi phc v cho công tác học tập và nghiên cu.
- Thông qua mô hình kết hp mô phng giúp cho quá trình dy và học đc
tt hơn, ngi học có thể dễ dàng tìm hiểu hot đng ca hệ thng VVT-i, hệ
thng điều khiển tc đ không ti (ISC), hot đng ca các mch điện điều
khiển và các cm biến trên đng cơ, đồng thi có thể thực hành sửa chữa
9
đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i ngay trên mô hình, qua đó góp phần
nâng cao hiệu qu đào to ngành công nghệ ô tô ti các trng dy nghề.
1.3.2.ăĐiătng nghiên cu:
- Nghiên cu thiết kế, chế to mô hình đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i
phc v cho công tác ging dy.
- Nghiên cu ng dng phần mềm Macromedia Flash để mô phng hot đng
thng khác trên đng cơ.
- Nghiên cu các mẫu mô hình đư có, từ đó có ý tng mới cho việc thiết kế,
chế to mô hình đm bo tính thẩm mỹ, thể hiện đc đầy đ các chi tiết ca
đng cơ, dễquan sát, dễ thao tác khi thực hành sửa chữa trên mô hình.
- Tham kho các mẫu thiết kế bài ging thực hành sửa chữa ô tô để biên son
mt s bài ging thực tập điện đng cơ phun xăng cho đng cơ phun xăng có
hệ thng VVT-i.
11
Chơng 2
CăS LÝ THUYT
2.1. Tng quan v h thng VVT-iătrênăđngăcăToyota.
Trong những năm gần đây, giá nhiên liệu trên thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng không ngừng tăng cao do nguồn nhiên liệu hóa thch đang ngày mt cn kiệt,
gây không ít khó khăn cho ngi sử dng xe ô tô, xe gắn máy. Bên cnh đó, ô
nhiễm môi trng cũng là vấn đề lớn đòi hi các nhà sn xuất ô tô phi quan tâm.
Chính vì vậy, các hãng sn xuất ô tô hàng đầu trên thế giới đư không ngừng nghiên
cu ci tiến sn phẩm ca mình nhằm đáp ng các yêu cầu ngày càng khắt khe ca
các nớc trên thế giới. Trớc thực trng đó, hưng sn xuất xe ô tô Toyota ca Nhật
Bn cũng không ngừng nghiên cu ci tiến sn phẩm ca mình, đặc biệt là trong
lĩnh vực nghiên cu ci tiến đng cơ đt trong nhằm nâng cao hiệu suất làm việc
ca đng cơ, tiết kiệm nhiên liệu và bo vệ môi trng. Mt trong những ci tiến
quan trọng ca hưng đó là ci tiến hệ thng phân phi khí, trong đó hệ thng phân
phi khí truyền thng với nhiều nhc điểm đc thay bằng hệ thng phân phi
khíhiện đi điều khiển bằng điện tử - thy lực hay còn gọi là hệ thng van biến thiên
thông minh (Varaible Valve Timing with intelligent -VVT-i)ra đi vào năm
1996.Với hệ thng này, hệ thng phân phi khí làm việc linh hot hơn, phù hp với
từng di tc đ làm việc ca đng cơ.
là không đổi khi đng cơ làm việc c tc đ cầm chừng lẫn khi có ti hoặc vận tc
thay đổi. Tuy nhiên, với đng cơ có hệ thng van biến thiên thông minh cho phép
13
chúng ta chọn gần nh ti u góc trùng điệp ca cam tùy theo chế đ vận hành ca
đng cơ. Việc m rng thêm góc trùng điệp những chế đ ti trọng khác nhau là
nguyên nhân gây ra mt phần ca khí cháy đc tái tuần hoàn vào buồng đt bằng
ng chân không cui kỳ x. B tuần hoàn khí x EGR làm gim HC cũng nh
NOx. NOx gim do gim nhiệt đ cháy, nhng HC gim là do kết qu từ việc cha
cháy hết và khí thi tuần hoàn bên trong. Mt giá trị góc trùng điệp ti u tồn ti
nh đc hiển thị đây dới mt điều kiện đng cơ nhất định nó thay đổi mt cách
rng rãi tùy thuc vào điều kiện ti trọng ca đng cơ. Sự thay đổi đó có nh hng
tích cực đến hiệu suất, tiêu hao nhiên liệu và khí x đng cơ
Hình 2.2: nh hưởng của góc trùng điệp đến khí x động cơ
Hơn nữa, gim góc trùng điệp ti điều kiện chy không ti làm cho quá trình đt
cháy ổn định hơn và đng cơ có thể chy tc đ chy không ti thấp hơn để ci
thiện kinh tế nhiên liệu chế đ ch.
Hình 2.3: nh hưởng của góc trùng điệp đến tiêu hao nhiên liệu