i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các phần nội dung, 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 20 tháng 11 năm 2015
Học viên thực hiện

Trần Dũng


ii

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian dài thực hiện nghiên cứu, luận văn “Nghiên cứu, thiết
kế bộ điều khiển cho mô hình phun xăng điện tử động cơ ô tô” cũng đã được
hoàn thành. Ngoài sự nỗ lực làm việc của bản thân, học viên còn nhận được sự
giúp đỡ hết sức nhiệt tình từ gia đình, thầy cô và tập thể bạn bè trong quá trình
nghiên cứu.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
+ Các quý thầy cô trong Bộ môn cơ khí ô tô đã tạo điều kiện để cho
học viên hoàn thành khóa học.
+ Thầy TS. Nguyễn Thiết Lập đã hướng dẫn trong suốt quá trình
thực hiện đề tài.
+ Thầy ThS. Trần Văn Lợi đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá
trình nghiên cứu cũng như hoàn thiện đề tài.
Qua 6 tháng thực hiện đề tài học viên đã cố gắng thực hiện để đạt được

3.1.1 . Tổng quan phần mềm LabVIEW...................................................... 38
3.1.2 . Các thanh công cụ ............................................................................. 39
3.1.3 . Các ứng dụng của LabVIEW ............................................................ 42
3.2 . Xây dựng phần mềm điều khiển.............................................................. 43
3.2.1 . Mô phỏng mạch điều khiển bơm xăng: ............................................ 43


iv

3.2.2 . Mô phỏng cảm biến Ne, Ge: ............................................................. 44
3.2.3 . Mô phỏng cảm biến đo lưu lượng khí nạp: ..................................... 46
3.2.4 . Tín hiệu đánh lửa: ............................................................................. 47
3.3 . Lắp đặt, thực nghiệm điểu khiển mô hình ............................................... 48
3.3.1 . Thực nghiệm mô hình phun xăng: .................................................... 48
3.3.2 . Thí nghiệm hiển thị tin hiệu đánh lửa: ............................................. 56
3.3.3 . Thí nghiệm giao tiếp hiển thị các cảm biến: ..................................... 61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 72
x

Kết luận .................................................................................................... 72

x

Kiến nghị phát triển của đề tài ................................................................. 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 73


v



Hình 1.6. Sơ đồ mạch điện và dạng xung G và NE

7

Hình 1.7. Cấu tạo cảm biến kích nổ

7

Hình 1.8. Mạch điện cảm biến kích nổ

8

Hình 1.9. Cảm biến nước làm mát và đặc tính

8

Hình 1.10. Cấu tạo cảm biến oxy loại Ziconnium

9

Hình 1.11. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga

10

Hình 1.12. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu

11

Hình 1.13. Kết cấu vòi phun nhiên liệu


Hình 1.21. Nguyên lý hệ thống phun xăng

18

Hình 1.22. Mạch nguyên lý hệ thống đánh lửa trực tiếp

20

Hình 1.23. Các mô hình phun xăng điện tử của trường Trung cấp nghề

21

Hình 1.24. Các mô hình hệ thống phun xăng của trường đại học Công nghiệp Thành Phố Hồ
Chí Minh

22

Hình 1.25. Mô hình hệ thống phun xăng, đánh lửa điện tử của trường đại học Giao thông Vận
tải (tại cơ sở 2)

22

Hình 2.1. Biểu tượng các thiết bị ghép nối với cổng USB

25

Hình 2.2 Nguyên lý mô hình hệ thống phun xăng giao tiếp máy tính

26


Hình 2.10. Giao diện phần mềm khi hoàn tất cài đặt

34

Hình 2.11. Đấu dây khi kiểm tra kết nối

34

Hình 2.12. Giao diện phần mềm khi kiểm tra kết nối

35

Hình 2.13. Sơ đồ chân tín hiệu analog Card NI USB 6008/6009

35

Hình 2.14. Cách kết nối cảm biến có tín hiệu analog Card NI USB 6008/6009: Phương pháp
Diffential

35

Hình 2.15. Sơ đồ ghép nối các chân Digital

36

Hình 2.16. Khai báo kết nối

36


43

Hình 3.6. Mô phỏng mạch bơm xăng trên LabVIEW

44

Hình 3.7. Sơ đồ mạch điện cảm biế Ne, Ge

45

Hình 3.8. Mô phỏng tín hiệu Ne, trên LabVIEW

45

Hình 3.9. Mô phỏng tín hiệu Ge trên LabVIEW

45

Hình 3.10. Sơ đồ mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt

46

Hình 3.11. Mô phỏng tín hiệu cảm biến đo gió trên LabVIEW

46

Hình 3.12. Sơ đồ mạch điện đánh lửa

47


Hình 3.20. Lập trình hiển thị các tín hiệu đầu vào và đầu ra

53

Hình 3.21. Góc đánh lửa sớm thực tế

57

Hình 3.22. Xung điều khiển đánh lửa IGT

58

Hình 3.23. Nguyên lý mô hình kết nối với máy tính hiển thị tín hiệu đánh lửa

59

Hình 3.24. Sơ đồ kết nối tín hiệu đánh lửa trên mô hình hiển thị trên máy tính

60

Hình 3.25. Giao diện hiển thị tín hiệu đánh lửa trên mô hình giao tiếp với

60

Hình 3.26. Kết quả hiển thị xung đánh lửa

60

Hình 3.27. Nguyên lý mô hình kết nối với máy tính hiển thị tín hiệu NE


65

Hình 3.36. Sơ đồ kết nối tín hiệu lưu lượng khí nạp VG trên mô hình hiển thị trên máy tính 66
Hình 3.37. Giao diện hiển thị tín hiệu VG trên mô hình giao tiếp với máy tính

66

Hình 3.38. Kết quả hiển thị tín hiệu cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt VG

66

Hình 3.39. Nguyên lý mô hình kết nối với máy tính hiển thị tín hiệu điều khiển kim phun

69

Hình 3.40. Sơ đồ kết nối tín hiệu điều khiển kim phun trên mô hình hiển thị trên máy tính 70
Hình 3.41. Giao diện hiển thị tín hiệu điều khiển kim phun trên mô hình giao tiếp với máy
tính

70

Hình 3.42. Kết quả hiển thị xung cảm biến điều khiển kim phun - hiệu điện thế kim phun

71

Hình 3.43. Kết quả hiển thị xung cảm biến điều khiển kim phun - điện áp

71



2
Hiện nay, một số cơ sở đào tạo đã thiết kế, xây dựng các mô hình hệ
thống phun xăng điện tử để phục vụ cho công tác học tập, nghiên cứu. Tuy
nhiên, việc điều khiển các chế độ làm việc thông qua máy tính thì vẫn chưa thực
hiện được. Vì vậy, việc thiết kế bộ giao tiếp để điều khiển sự hoạt động của mô
hình phun xăng điện tử thông qua máy tính là rất cần thiết.
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là tiến hành nghiên cứu để thiết kế bộ
giao tiếp giữa mô hình với máy tính và xây dựng phần mềm điều khiển cho mô
hình.
Đối tượng nghiên cứu bao gồm:
- Hệ thống phun xăng điện tử (PXĐT) trên động cơ ô tô.
- Các mô hình PXĐT hiện có.
- Các phương pháp kết nối mô hình với máy tính
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là thiết kế bộ kết nối và phần mềm điều
khiển cho mô hình đã có.
Phương pháp nghiên cứu gồm lý thuyết kết hợp thực nghiệm trên mô hình
thực tế.
Kết cấu của luận văn, ngoài phần mở đầu và kết luận, gồm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chương 2. Nghiên cứu, thiết kế bộ kết nối máy tính với mô hình
Chương 3. Xây dựng phần mềm điều khiển mô hình PXĐT.


3

Chương 1 . TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 . Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử
Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền công nghệ thông tin, cơ điện tử,
cộng với những thành tựu trong công nghệ điện tử tạo bước đột phá về khoa học
trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô. Việc phát triển các hệ thống mới trên ô

liệu trên đường ống nạp.
Hệ thống phun xăng EFI thay thế việc tạo hòa khí do sư thay đổi áp suất trên
đường ống nạp bằng các cơ cấu cung cấp nhiên liệu trực tiếp, chính vì điều này
nên hệ thống được chia thành ba phần chính. Phần một bao gồm: các cảm biến
tốc độ động cơ, tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát, …được gọi chung là ngõ
vào. Phần hai là phần điều khiển (ECU) dựa vào các tín hiệu ngõ vào mà đưa ra
các tín hiệu điều khiển. Phần ba ngõ ra là các cơ cấu chấp hành như kim phun,
hệ thống đánh lửa,... nhận các tín hiệu điều khiển từ ECU. Hoạt động của hệ
thống thể hiện qua sơ đồ Hình 1.1.
1

2
3

6

4

5

7
8

9

10

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng điện tử

1- Cảm biến vị trí trục cam, 2- Van PDI, 3- Bô bin và bugi đánh lửa, 4,10- cảm

x Do kim phun được bố trí gần suppap hút nên dòng khí nạp trên ống
góp hút có khối lượng thấp đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy nhiên liệu sẽ không
còn thất thoát trên đường ống nạp và hòa khí sẽ được trộn tốt hơn. Hệ thống EFI
điều khiển bằng bộ vi xử lý được sử dụng trên xe Toyota gọi là TCCS nó không
chỉ điều khiển lượng phun mà còn bao gồm ESA, ISC, cũng như chức năng chẩn
đoán và dự phòng.

Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình

Cảm biến vị trí trục cam G2: Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục
cam là đĩa tín hiệu G2 có 4 răng. Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các
vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra
một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín
hiệu G2. Tín hiệu G2 này được chuyển đi như một thông tin về góc chuẩn của
trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của
trục khuỷu để xác định điểm chết trên kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh lửa và
phát hiện góc quay của trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định
thời gian phun và thời điểm đánh lửa.

Hình 1.4. Cảm biến vị trí trục cam


7
Cảm biến tốc độ trục khuỷu NE: Tín hiệu NE được tạo ra trong cuộn cảm
cùng nguyên lý với tín hiệu G. Điều khác nhau duy nhất là rotor của tín hiệu NE
có 24 răng. Cuộn dây cảm biến sẽ phát 24 xung trong mỗi vòng quay của delco.
Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và tốc
độ của động cơ. ECU động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để tính toán thời
gian phun cơ bản và góc đánh lửa cơ bản.



Hình 1.9. Cảm biến nước làm mát và đặc tính

Cảm biến ô xy: Để lọc được khí xả tốt nhất cần phải duy trì tỷ lệ không khí
và nhiên liệu nằm trong khoảng gần với tỷ lệ lý thuyết. cảm biến nồng độ oxy


9
nhận biết tỷ lệ không khí nhiên liệu đậm hay nhạt hơn tỷ lệ lý thuyết. Cảm biến
được đặt ở đường ống xả.

Hình 1.10. Cấu tạo cảm biến oxy loại Ziconnium

1- Đầu bảo vệ.,2- Lớp zirconia, 3- Đệm, 4- Thân cảm biến, 5- Lớp cách điện, 6Vỏ cảm biến, 7- Đường thông với không khí, 8-Đầu dây nối, 9- Đường khí vào
Cảm biến vị trí bướm ga: Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên cổ họng
gió. Cảm biến này biến đổi góc mở bướm ga thành điện áp, được truyền đến
ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga (VTA). Ngoài ra, một số thiết bị truyền
một tín hiệu IDL riêng biệt. Các bộ phận khác xác định nó lúc tại thời điểm chạy
không tải khi điện áp VTA này ở dưới giá trị chuẩn. Khi bướm ga đóng điện áp
phát ra của cảm biến giảm và khi bướm ga mở điện áp phát ra của cảm biến
tăng. ECM tính toán góc mở bướm ga theo những tín hiệu này và điều khiển bộ
chấp hành bướm ga tương ứng với điều khiển của lái xe..
Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC. Khi cánh bướm ga
mở, con trượt trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng dần ở cực VTA
tương ứng với góc mở cánh bướm ga. Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp
điểm cầm chừng nối cực IDL với cực E2. Trên xe Toyota cảm biến bướm ga
loại điện trở chỉ có 3 chân VC, VTA, E2 mà không có dây IDL.
Giống như các mạch điện cảm biến khác mạch cảm biến gồm các bộ phận
chính: ECU, các dây dẫn, dây nối… khi vị trí con trượt và điện trở R2 thay đổi
thì giá trị điện trở của cảm biến cũng thay đổi. nhờ có bộ phận xác định điện áp


11
Trong đề tài này chủ yếu khai thác chức năng điều khiển đánh lửa sớm điện
tử ESA (Electronic Spark Advance ).
Để có thể xác định chính xác thời điểm đánh lửa cho từng xylanh của động
cơ theo thứ tự nổ, ECU cần phải nhận được các tín hiệu cần thiết như tốc độ
động cơ, vị trí piston, lượng gió nạp, nhiệt độ động cơ,… Số tín hiệu vào càng
nhiều thì việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác. Sơ đồ hệ thống
đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có thể chia thành
ba phần: tín hiệu vào, ECU và tín hiệu từ ECU ra điều khiển ingiter.
Ngoài ra còn có thể có các tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm
biến tốc độ xe, cảm biến oxy. Sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến ECU sẽ xủ
lý và đưa ra xung đến igniter để điều khiển đánh lửa.
Để xác định tải của động cơ, ECU dựa vào sự thay đổi tín hiệu áp suất trên
đường ống nạp hoặc tín hiệu lượng khí nạp. Do sự thay đổi về áp suất trên
đường ống nạp khi thay đổi tải, tín hiệu điện áp gửi về ECU sẽ thay đổi và ECU
nhận tín hiệu này để xử lý và quy ra mức tải tương ứng để xác định góc đánh lửa
sớm.
Hệ thống xăng:

Hình 1.12. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu

1-Bình xăng, 2- cụm bơm nhiên liệu, 3- đường nhiên liệu lên ống phân
phối, 4 lọc xăng, 5- bộ giảm rung động, 6- ống phân phối, 7- vòi phun, 8bộ ổn định áp suất , 9- Đường hồi nhiên liệu.
Nguyên lý làm việc: Nhiên liệu từ thùng xăng được chuyển lên các ống dẫn
nhiên liệu, tới ống phân phối... bằng cụm bơm nhiên liệu. Nhiên liệu được bơm
và duy trì với áp suất khoảng 2,90 – 2,95 kg/cm2. Bộ ổn định áp suất sẽ duy trì


12

khác nhau của động cơ. Các chế độ hiệu chỉnh nhiên liệu:
+ Tăng nhiên liệu để khởi động:
Khi khởi động thì tốc độ của động cơ thấp, lưu lượng không khí thay đổi lớn
vì vậy việc xác định lượng nhiên liệu để cung cấp cho động cơ sẽ dựa vào nhiệt
độ nước làm mát. Nhiệt độ nước làm mát thấp thì nhiên liệu bốc hơi khó do đó
phải kéo dài thời gian phun để làm đậm lượng hòa khí. ECM xác định khi tốc độ
động cơ nhỏ hơn 400 v/p thì nó đang khởi động. Còn khi tốc độ đột ngột giảm
xuống dưới 400 v/p thì tính trễ sẽ hoạt động để ngăn ECM xác định động cơ
đang hoạt động.

Hình 1.14. Tín hiệu hiệu chỉnh lượng phun khi khởi động

Tăng nhiên liệu để hâm nóng:
Khi động cơ còn nguội thì nhiên liệu khó bốc hơi khi đó ECM nhận tín hiệu
từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát để tăng thời gian phun nhằm làm đậm hòa
khí.
+ Hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ không khí - nhiên liệu:
Điều kiện để hiệu chỉnh trong trường hợp này là động cơ phải nổ máy ổn
định.Khi đó tín hiệu đầu vào là điện áp của cảm biến ô xy.

Hình 1.15. Tín hiệu hiệu chỉnh lượng phun ở chế độ hồi tiếp


14
ECM xác định thời gian phun cơ bản để đạt được tỉ lệ hòa khí lý thuyết. Khi
động cơ hoạt động có sự thay đổi tỉ lệ này và cảm biến ô xy phát hiện sự thay
đổi đó báo cho ECM biết để ECM điều chỉnh lượng nhiên liệu phù hợp và gần
với tỷ lệ lý thuyết nhất. Hiệu chỉnh này không hoạt động khi (Khởi động, làm
đậm khi khởi động, làm đậm để tăng công suất, nhiệt độ nước làm mát quá thấp,
điều chỉnh cắt bơm).

đạp ga. Ở vị trí không tải bàn đạp ga ở vị trí không nhấn xuống, lúc này ETCS-i
điều khiển bướm ga mở 1 góc thích hợp với chế độ tải thường và không tải quá
độ. Ở chế độ thường thì chỉ động cơ hoạt động, ở chế độ không tải quá độ (có tín
hiêu AC...)

Hình 1.18. Sơ đồ mạch điện điều khiển vòi phun

Các vòi phun được bố trí trên đường ống góp nạp. Chúng phun nhiên liệu
vào các xylanh dựa trên các tín hiệu từ ECM.
ECM điều khiển 2 thông số của vòi phun là thời gian phun và thời điểm
phun. Khi ECM xác định cần phải phun nhiên liệu, nó sẽ gửi một dòng điên đến
cực B của Transistor làm Transistor mở mạch. Dòng điện đi từ cực dương ắc
quy qua khóa điện qua cuộn dây vòi phun về mát. Khi dòng điện đi qua cuộn


16
dây sinh ra lực từ hút kim phun đi lên và nhiên liệu được phun vào ống nạp của
động cơ.
Như vậy, việc nghiên cứu về lĩnh vực cơ điện tử trên ô tô là một việc hết sức
quan trọng. Đây là vấn đề mới về khoa học và công nghệ ô tô tại Việt Nam và
cũng là lý do chính của việc lựa chọn đề tài nghiên cứu. Thông qua đề tài này,
học viên có thể sử dụng làm tài liệu phục vụ cho công tác giảng dạy. Nhiệm vụ
chính của đề tài là thiết kế bộ điều khiển cho mô hình phun xăng điện tử động cơ
ô tô.
1.2 . Một số mô hình phun xăng điện tử đã xây dựng
Để phố biến kiến thức về hệ thống phun xăng điện tử, tai trường đại học cao
đẳng trung cấp thường trang bị các thiết bị thí nghiệm kèm theo các mô hình học
cụ. Đặc biệt đối với các trường trung cấp, dạy nghề thì mô hình học cụ giúp sinh
viên hiểu được cấu tạo một cách trực quan, nắm được nguyên lý hoạt động, giáo
viên thuận tiện hơn khi hướng dẫn học viên tháo lắp trên mô hình, cũng như học

ĐIỆN

TRƠN
HỆ THỐNG ĐÁNH
LỬA

Hình 1.19. Các thành phần chính của mô hình động cơ xăng

Kết cấu cơ khí: Trên động cơ đốt trong kết cấu cơ khí bao gồm các chi tiết
như thân máy, nắp thân máy, trục khủy thanh truyền, piston, supap, trục cam.
Kết cấu cơ khí thường được chế tạo bằng kim loại như gang, hợp kim nhôm, sắt.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, cũng như yêu cầu có một động
cơ nhẹ hơn, êm hơn, giảm rung, tăng công suất. Xu hướng thay đổi chung là
giảm về khối lương với việc áp dụng tiến bộ của công nghệ vật liệu, bằng cách
thay thế các loại vật liệu truyền thống trong chế tạo nắp máy và thân máy từ
gang sang hợp kim gang hoặc hợp kim nhôm, một số động cơ tốc độ cao sử
dụng kim loại quý hiếm như titan vào chế tạo trục khủy, piston.
Còn thay đổi về kết cấu như thay piston đỉnh bằng truyền thống bằng piston
đỉnh lõm làm tăng quá trình hòa trộn xăng và không khí. Thay đổi hệ thống cam
treo trước đây sang hệ thống cam đặt, điều khiển trực tiếp từ trục cam đến supap
không thông qua cò mổ hoặc từ điều khiển cơ khí sang điều khiển thủy lực.