(Luận văn thạc sĩ) thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử phục vụ huấn luyện tại quân đoàn 3

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Dẫn nhập

Ngày nay, ô tô hiện đại từ các nước phát triển ngày càng được nhập khẩu vào Việt Nam, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô trong nước Sự phổ biến của ô tô sử dụng hệ thống phun xăng điện tử ngày càng tăng, với các mẫu xe mới có công suất cao hơn, tốc độ nhanh hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn Điều này đặt ra yêu cầu cao hơn cho hệ thống phun xăng điện tử, nhằm đảm bảo hiệu suất làm việc và bảo vệ môi trường.

Hệ thống phun xăng điện tử đóng vai trò thiết yếu trong động cơ ô tô hiện đại sử dụng nhiên liệu xăng, do đó, việc nghiên cứu và hiểu biết về hệ thống này là rất cần thiết để khai thác hiệu quả các tính năng kỹ thuật Mặc dù nội dung về hệ thống phun xăng điện tử đã được đưa vào giảng dạy tại nhiều trường đại học và trung tâm đào tạo nghề, nhưng vẫn tồn tại những khó khăn như thiếu tài liệu tham khảo và mô hình thiết bị phục vụ giảng dạy thực hành Đặc biệt, tại đơn vị Quân đoàn 3, hàng năm cần tổ chức huấn luyện chuyên ngành về hệ thống phun xăng điện tử, nhưng lại thiếu tài liệu và mô hình phù hợp, trong khi số lượng ô tô hiện đại và cán bộ kỹ thuật tại đây khá lớn, dẫn đến nhu cầu đào tạo cao Năm 2018 - 2019, cơ quan nghiệp vụ cấp trên đã đầu tư nâng cấp phòng học chuyên ngành tại đơn vị để cải thiện tình hình này.

Cục Kỹ thuật của Quân đoàn, với vai trò là đơn vị quản lý đầu ngành kỹ thuật, đang nỗ lực đồng bộ hóa các phòng học chuyên ngành theo chỉ đạo của cấp trên Mục tiêu chính là nâng cao chất lượng nghiên cứu và huấn luyện, đồng thời thường xuyên cập nhật kiến thức cho đội ngũ cán bộ, nhân viên chuyên môn kỹ thuật trong Quân đoàn.

Tác giả đã chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử phục vụ huấn luyện tại đơn vị Quân đoàn 3” nhằm đóng góp sản phẩm cho ngành kỹ thuật của Quân đoàn, với hy vọng nâng cao hiệu quả đào tạo và phát triển công nghệ trong quân đội.

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Một số nghiên cứu trong nước

Trong những năm gần đây, nhiều cán bộ khoa học công nghệ đã nghiên cứu sâu về hệ thống phun xăng điện tử, với nhiều trường và cơ sở sản xuất thiết bị dạy nghề thực hiện mô hình này Nhiều sinh viên cũng đã chọn đề tài tốt nghiệp liên quan đến thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử Tuy nhiên, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào thiết kế và khai thác mô hình mà chưa ứng dụng công nghệ thông tin để giao tiếp với máy tính, hoặc chỉ dừng lại ở việc đọc và xóa mã lỗi mà không kiểm tra, so sánh các thông số giữa mô hình và thực tế trên xe Nội dung thực nghiệm sư phạm trên mô hình còn hạn chế Đối với các đề tài thạc sĩ hiện nay, nhiều nghiên cứu có giao tiếp máy tính nhưng chủ yếu tập trung vào việc chế tạo các mạch tạo pan động cơ, hệ thống điều hòa không khí và hệ thống lái, trong khi một số đề tài tiêu biểu liên quan đến mô hình có giao tiếp với máy tính vẫn còn ít.

Thạc sĩ Nguyễn Hoàng Luân đã nghiên cứu và chế tạo các mạch tạo pan động cơ ô tô có khả năng giao tiếp với máy tính nhằm phục vụ giảng dạy Đề tài, thực hiện vào tháng 4/2017, tập trung vào thiết kế và phát triển các mạch tạo pan động cơ cùng với giao diện mô phỏng trên máy tính thông qua phần mềm LabVIEW Sự thành công của đề tài này cho phép tạo ra các pan trên động cơ, giúp học viên quan sát các thông số hoạt động của động cơ, từ đó nâng cao chất lượng giảng dạy.

Thạc sĩ Trịnh Thái Luân đã nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính thông qua phần mềm LabVIEW vào tháng 10/2012 Đề tài tập trung vào việc chế tạo mô hình hệ thống trợ lực điện, đồng thời phát triển giao diện mô phỏng trên máy tính, giúp hiển thị các thông số quan trọng như điện áp thay đổi của cảm biến mô men, khả năng trợ lực của motor, và thông tin trên màn hình hiển thị.

Trang 3 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

Thạc sĩ Trần Văn Lợi đã nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lái không cần trục lái vào tháng 10/2010 Đề tài tập trung vào việc ứng dụng phần mềm LabVIEW để điều khiển cơ cấu lái mà không thông qua trục lái, nhằm tạo ra cảm giác lái chân thực tương tự như hệ thống lái trên ô tô thực tế Mô hình được thiết kế với bánh xe dẫn hướng không tiếp xúc với mặt đường, mang lại trải nghiệm lái độc đáo và hiệu quả.

Phần mềm LabVIEW mang đến nhiều tính năng nổi bật trong việc điều khiển và tương tác với máy tính, cho phép tạo ra các tình huống mô phỏng trên mô hình một cách hiệu quả.

1.2.2 Một số nghiên cứu trên thế giới

Qua nghiên cứu, các nước phát triển đã chế tạo nhiều mô hình, đơn cử như mô hình:

Thiết bị do DAESUNG G-3 Co.Ltd, Hàn Quốc sản xuất, mang đến một mô hình với đầy đủ tính năng, phù hợp cho quá trình khai thác giảng dạy Tuy nhiên, vẫn còn nhiều điểm hạn chế cần được cải thiện.

- Mô hình chỉ trình bày nguyên lý, cấu tạo, chẩn đoán

Chức năng giao tiếp chính là truy xuất dữ liệu từ bộ điều khiển điện tử ECU qua cổng OBDII Hiện tại, thiết bị thu thập tín hiệu chưa được thiết kế, điều này ảnh hưởng đến khả năng thực hiện các thí nghiệm và bài tập thực hành về kiểm tra và chẩn đoán trên mô hình.

Coolife Industry Co.Ltd, một công ty đến từ Trung Quốc, sản xuất các thiết bị chẩn đoán đầy đủ hệ thống, phục vụ cho việc thực hành về nguyên lý và cấu tạo Tuy nhiên, hạn chế lớn của những thiết bị này là giá thành cao, dao động từ 2.500 đến 4.500 USD, và chúng không có khả năng giao tiếp với máy tính.

Tính cấp thiết của đề tài

Cho đến nay, chưa có nghiên cứu nào hoàn chỉnh về việc chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử có khả năng giao tiếp với máy tính, phục vụ cho việc giảng dạy thực hành và thí nghiệm sư phạm Các mô hình hiện có trên thị trường từ một số công ty như Công ty cổ phần thiết bị Tân Phát, VintesGroup, Vinh Quang, và Hanel vẫn thiếu nhiều chức năng cần thiết cho việc học tập và nghiên cứu Cụ thể, các mô hình này không cho phép quan sát các chế độ hoạt động của hệ thống, không đo được các thông số cơ bản, không mô phỏng được các tình huống hư hỏng, và không truy xuất các thông số động cơ dưới dạng đồ thị.

Đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử phục vụ huấn luyện tại Quân đoàn 3” là rất cần thiết cho quá trình đào tạo ngành công nghệ ô tô, đặc biệt trong việc huấn luyện và nâng cao kỹ năng cho cán bộ, nhân viên kỹ thuật của Quân đoàn 3, mang lại nhiều lợi ích thiết thực.

Chúng tôi thiết kế và chế tạo một mô hình hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử, thu gọn từ hệ thống thực tế trên xe Mô hình này đơn giản hơn nhưng vẫn hoạt động hiệu quả, đáp ứng yêu cầu học tập chuyên sâu.

Trang 5 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

Mô hình giao tiếp với máy tính giúp người học quan sát rõ hơn quá trình điều khiển và hoạt động của hệ thống, từ đó dễ dàng hiểu được nguyên lý vận hành Ngoài ra, việc trực tiếp điều khiển và kiểm nghiệm các hoạt động của hệ thống qua thiết bị ngoại vi và máy tính giúp người học phân tích nguyên nhân hư hỏng hiệu quả Luận văn đáp ứng ba yêu cầu chính trong nghiên cứu khoa học: tính mới, tính cần thiết và tính quan trọng.

Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

Áp dụng kiến thức lý thuyết về hệ thống điều khiển phun xăng điện tử và vi điều khiển, bài viết thiết kế mạch giao tiếp và mạch tạo pan cho hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 1NZ-FE Mô hình này nhằm nâng cao hiệu quả huấn luyện, cho phép giáo viên và học viên quan sát trực tiếp hoạt động của hệ thống qua dữ liệu hiển thị trên máy tính, đồng thời tạo ra các pan cho hệ thống phun xăng điện tử.

- Hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 1NZ-FE

- Các mạch tạo pan trên động cơ 1NZ-FE

- Nghiên cứu ứng dụng Arduino và phần mềm LabVIEW

- Các loại card giao tiếp.

Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của luận văn

1.5.1 Nhiệm vụ của đề tài

Nhằm nâng cao chất lượng huấn luyện, học tập và nghiên cứu về hệ thống phun xăng điện tử tại Quân đoàn 3, đề tài này được thực hiện với hai nhiệm vụ chính.

Chúng tôi thiết kế và chế tạo một mô hình hệ thống phun xăng điện tử dựa trên các thiết bị thực tế của ô tô, nhằm phục vụ cho việc huấn luyện thực hành và thực hiện các thí nghiệm về hoạt động của hệ thống này.

Chúng tôi đã biên soạn một số bài giảng về hệ thống phun xăng điện tử nhằm phục vụ công tác huấn luyện cán bộ và nhân viên chuyên môn kỹ thuật có trình độ từ trung cấp đến đại học tại các đơn vị thuộc Quân đoàn 3 Những bài giảng này không chỉ giúp nâng cao kiến thức chuyên môn mà còn đảm bảo chất lượng đào tạo cho đội ngũ kỹ thuật viên trong quân đội.

Kết hợp lý thuyết từ tài liệu huấn luyện với bài tập thực hành trên mô hình sẽ nâng cao tính thực tế trong quá trình huấn luyện Điều này phù hợp với phương châm “Cơ bản - Thiết thực - Vững chắc” và các nguyên tắc huấn luyện của Quân đội, bao gồm “3 quan điểm, 8 nguyên tắc, 6 mối kết hợp”.

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài ứng dụng trong việc huấn luyện cho cán bộ, nhân viên chuyên môn kỹ thuật tại Quân đoàn 3, nên phạm vi đề tài chỉ thực hiện nghiên cứu hệ thống phun xăng điện tử trên cơ sở động cơ 1NZ-FE lắp trên xe Toyota Vios Đồng thời, chỉ tiến hành khảo sát trên mô hình thực nghiệm nhằm nghiên cứu làm rõ hoạt động của hệ thống Phần thiết kế, chế tạo chỉ xin giới hạn 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.

Phương pháp nghiên cứu

Mục tiêu của dự án là biên soạn tài liệu và thi công mô hình hệ thống phun xăng điện tử kết hợp với bộ thu thập tín hiệu kết nối máy tính, nhằm phục vụ cho công tác huấn luyện Phương pháp nghiên cứu sẽ bao gồm các phương pháp chính để đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình thực hiện.

+ Đặc tính động cơ, lý thuyết điều khiển phun xăng điện tử

+ Cấu tạo, nguyên lý làm việc của một số cảm biến

+ Tìm hiểu và ứng dụng phần mềm LabVIEW

Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để phát triển mô hình hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử, nghiên cứu này tập trung vào việc tạo ra các pan trên động cơ có giao.

Trang 7 tiếp với máy tính

+ Biên soạn một số bài giảng về hệ thống phun xăng điện tử

+ So sánh, xử lý số liệu: Kiểm chứng kết quả thực hiện, minh chứng cho các thông số trên mô hình là đúng đắn, đáng tin cậy

Chương 1 đã phân tích các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến đề tài thiết kế và chế tạo hệ thống phun xăng điện tử phục vụ huấn luyện tại Quân đoàn 3 Kết quả phân tích cho thấy, đề tài này không chỉ có tính thực tiễn cao mà còn mang lại hiệu quả ngay lập tức và trong tương lai Hướng đi này hoàn toàn phù hợp với chủ trương của quân đội và Quân đoàn, đồng thời đáp ứng phương châm "lý thuyết phải đi đôi với thực hành" trong công tác huấn luyện.

Kết quả của đề tài không chỉ đóng góp vào lĩnh vực khoa học mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế bằng cách tiết kiệm chi phí trong huấn luyện Đề tài này có thể được áp dụng rộng rãi cho các đơn vị trong Quân đoàn, giúp họ tự tổ chức huấn luyện một cách hiệu quả.

LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ XĂNG

Khái quát về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ [4]

Vào thế kỷ 19, kỹ sư người Pháp Stevan phát minh ra phương pháp phun nhiên liệu Mặc dù người Đức đã thử nghiệm phun nhiên liệu vào buồng cháy, nhưng không đạt hiệu quả mong muốn Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí, và vào những năm 80, BOSCH giới thiệu hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển điện.

Vào năm 1984, Nhật Bản đã áp dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic cho các mẫu xe của Toyota Đến năm 1987, Nissan cũng đã sử dụng công nghệ L-Jetronic để thay thế cho bộ chế hòa khí trên xe của mình.

Vào những năm đầu thập kỷ 80, hệ thống điều khiển đánh lửa sớm điện tử (ESA) đã được áp dụng song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng Đến đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) ra đời, cho phép loại bỏ bộ chia điện và nhanh chóng trở thành trang bị tiêu chuẩn trên hầu hết các xe thế hệ mới.

Hiện nay, hầu hết các ô tô sử dụng nhiên liệu xăng hoặc diesel đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình, giúp đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về khí thải và tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống này không chỉ cải thiện hiệu suất nhiên liệu mà còn nâng cao công suất động cơ một cách đáng kể.

Trong những năm gần đây, động cơ phun xăng trực tiếp (GDI) đã xuất hiện như một thế hệ mới của công nghệ động cơ Với những ưu điểm vượt trội, hệ thống phun xăng trực tiếp hứa hẹn sẽ trở thành xu hướng phổ biến trong tương lai gần.

- Theo cấu tạo kim phun có 2 loại:

+ Loại CIS là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, loại này được chia làm 4 kiểu

Trang 9 cơ bản (hệ thống K - Jetronic, K - Jetronic có cảm biến khí thải, KE - Jetronic và

+ Loại AFC sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Hệ thống này chia làm

2 loại chính là D - Jetronic và L – Jetronic

Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm 02 loại:

Loại TBI (Phun nhiên liệu trung tâm) là hệ thống phun đơn điểm, trong đó kim phun được đặt phía trên cánh bướm ga, cho phép nhiên liệu được phun qua một hoặc hai kim phun.

Hệ thống phun nhiên liệu đa điểm (MPI) là công nghệ tiên tiến với mỗi kim phun được đặt gần xupap hút, giúp tối ưu hóa quá trình hòa trộn nhiên liệu và không khí Thiết kế ống góp hút dài tạo ra xoáy lốc, giảm thiểu thất thoát nhiên liệu trong đường ống nạp MPI đã khắc phục những nhược điểm của hệ thống phun xăng đơn điểm, và tùy thuộc vào cách điều khiển, hệ thống này được chia thành ba loại chính: phun độc lập, phun nhóm và phun đồng loạt.

- Căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, hệ thống điều khiển động cơ gồm 3 loại chính:

+ Loại chỉ điều khiển phun xăng (EFI);

+ Loại chỉ điều khiển đánh lửa (ESA);

Hệ thống tích hợp điều khiển phun xăng và đánh lửa, được biết đến với nhiều tên gọi như Motronic, TCCS, ECCS, mang lại hiệu suất tối ưu cho động cơ Với tốc độ xử lý cao của bộ CPU, các hộp điều khiển động cơ hiện đại không chỉ đảm nhận việc điều khiển động cơ đốt trong mà còn tích hợp chức năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát, giúp cải thiện hiệu quả hoạt động của xe.

2.1.3 Ưu điểm của hệ thống phun xăng

- Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xi lanh

- Có thể đạt được tỷ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ

- Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga

- Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: Có thể làm đậm hỗn

Trang 10 hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc

- Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí - nhiên liệu cao

Kim phun được đặt gần xupap hút giúp dòng khí nạp trong ống góp hút có khối lượng thấp và đạt tốc độ xoáy lốc cao Điều này giảm thiểu thất thoát nhiên liệu trên đường ống nạp và cải thiện sự trộn lẫn giữa nhiên liệu và không khí.

Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình

2.2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình

Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình 2.1 và 2.2

Hệ thống điều khiển bao gồm các thành phần chính như ngõ vào (inputs) với các cảm biến, hộp ECU đóng vai trò là bộ não của hệ thống (có thể có hoặc không có bộ vi xử lý), và ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun, bô bin và van điều khiển cầm chừng.

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

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

Các loại cảm biến và tín hiệu ngõ vào

Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt của động cơ 1NZ-FE, được lắp đặt trên đường ống dẫn không khí từ lọc gió đến bướm ga, có chức năng đo trực tiếp khối lượng không khí nạp vào động cơ của Toyota và Audi.

Bộ đo gió kiểu dây nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý năng lượng nhiệt W thoát ra từ linh kiện nung nóng bằng điện, như dây nhiệt hoặc thermistor Linh kiện này được đặt trong dòng khí nạp vào khối lượng gió G, và năng lượng thoát ra được tính toán theo một công thức cụ thể.

Trong đó: K: Hằng số tỷ lệ

∆t: Chênh lệch nhiệt độ giữa phần tử nhiệt và dòng khí n: Hệ số phụ thuộc vào đặc tính trao đổi nhiệt giữa phần tử nhiệt và môi trường

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

Sơ đồ cảm biến đo gió loại dây nhiệt được trình bày trên hình 2.4 Điện trở

RH (điện trở nung nóng) và RK (điện trở bù nhiệt làm bằng platin) được kết nối vào hai nhánh của cầu Wheatstone, với cả hai điện trở này được lắp đặt trên đường ống nạp Khi các ngõ vào của khuếch đại thuật toán (OP AMP) được nối với đường chéo của cầu, quá trình đo lường trở nên chính xác hơn.

OP AMP1 duy trì sự cân bằng cho cầu bằng cách điều khiển transistor T1 và T2, đảm bảo rằng VA – VB = 0 thông qua việc điều chỉnh cường độ dòng điện chảy qua cầu.

Khi lượng không khí đi qua thay đổi, giá trị điện trở RH cũng thay đổi, dẫn đến sự mất cân bằng của cầu OP AMP1 điều chỉnh dòng qua cầu để giữ giá trị RH không đổi, đảm bảo cầu luôn cân bằng với mọi vận tốc dòng không khí Tín hiệu điện thế ra từ R2, với hệ số nhiệt điện trở nhỏ, tỷ lệ thuận với dòng điện đi qua Tín hiệu này được đưa đến OP AMP2 sau khi đi qua cầu phân thế R3 và R4, trong đó R4 điều chỉnh điện thế ở ngõ ra ECU sử dụng thông tin này để xác định thời gian phun nhiên liệu và đảm bảo tỷ lệ không khí - nhiên liệu chính xác Đồ thị hình 2.5 minh họa đường đặc tính của khối lượng khí nạp theo điện áp.

Hình 2.5: Đường đặc tính của cảm biến lưu lượng khí nạp [6]

2.3.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Cảm biến nhiệt độ khí nạp được tích hợp trong cảm biến lưu lượng không khí nạp, có nhiệm vụ xác định nhiệt độ của không khí trước khi vào động cơ.

Cảm biến nhiệt độ khí nạp được cấu tạo từ chất bán dẫn có nhiệt điện trở âm, kết nối với ECU theo sơ đồ mạch điện Nhiệt điện trở trong cảm biến sẽ thay đổi điện trở tương ứng với nhiệt độ khí nạp; khi nhiệt độ thấp, điện trở lớn và ngược lại Sự thay đổi điện trở này được chuyển đổi thành thay đổi điện áp gửi đến ECU, với nguồn cung cấp cho cảm biến là 5V.

Khi điện trở của cảm biến thay đổi thì điện áp từ cực THA sẽ thay đổi theo

Bộ xử lý sử dụng tín hiệu THA để xác định nhiệt độ không khí nạp, với các đặc tính của cảm biến nhiệt độ khí nạp theo điện áp được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 2.1: Đặc tính của cảm biến nhiệt độ khí nạp theo điện áp [5], [12]

Dựa vào bảng 2.1 ta v độ khí nạp theo điện áp

Cảm biến được gắn trên thân máy dụng cụ để xác định nhiệt độ, sử dụng chất bán dẫn và nhận biết nhiệt độ nước Nó hoạt động với nguồn điện 5V được cung cấp qua mạch.

Trang 14 ặc tính của cảm biến nhiệt độ khí nạp theo điện áp [5], [12] Điện áp (V) Nhiệt độ khí nạp ( 0 C)

Cảm biến nhiệt độ khí nạp và cảm biến nhiệt độ nước làm mát được sử dụng để vẽ đường đặc tính và nội suy hàm tính, với cảm biến nước làm mát được lắp gần ống dẫn nước ra của động cơ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát hoạt động dựa trên nguyên lý nhiệt điện, với trị số nhiệt điện trở âm Nguồn cấp điện cho cảm biến này được cung cấp qua một điện trở và có hai cực.

Sơ đồ mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp được thể hiện qua điện áp Các mức điện áp như 1,5V, 0,9V, 0,5V và 0,3V liên quan đến hàm tính nhiệt độ của cảm biến Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng nhiệt độ nước làm mát để suy diễn dữ liệu, với cấu trúc bao gồm cực tín hiệu để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Trang 15 Đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát:

Khi nhiệt độ nước làm mát thay đổi, điện trở của biến trở cũng thay đổi, cho phép bộ vi xử lý nhận diện nhiệt độ làm việc của động cơ qua điện áp tại cực THW ECU sử dụng tín hiệu nhiệt độ nước làm mát để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa sớm và tốc độ cầm chừng Khi nhiệt độ nước làm mát dưới 80C, ECU sẽ tăng tốc độ cầm chừng, tăng lượng nhiên liệu phun và nâng góc đánh lửa sớm.

2.3.4 Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến được lắp đặt sau cảm biến lưu lượng khí nạp, có nhiệm vụ chuyển đổi góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp gửi đến ECU ECU sử dụng tín hiệu này để xác định tải động cơ, từ đó điều chỉnh lượng phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa và kiểm soát tốc độ cầm chừng.

Hình 2.10: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga

Bên trong cảm biế định vị trí bướm ga Cảm bi mass E2

ECU động cơ Khi tiếp đi thì làm cho điện trở thay đ đến chân VTA của ECU đ

Dựa vào bảng 2.2 ta vẽ trăm độ mở bướm ga theo điện áp.

Trang 16 ến gồm một con trượt, một điện trở và các ti m biến có 3 chân: Chân tín hiệu VTA, chân ngu

Nguyên lý hoạt động của mạch điện cảm biến bướm ga là khi một điện áp ổn định 5V được cung cấp cho điểm trượt trên điện trở, điện áp ra sẽ thay đổi tương ứng với sự thay đổi của góc m Điện áp này sau đó được đưa vào ECU động cơ để điều khiển hiệu suất hoạt động.

Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí bướm ga ảng 2.2: Đặc tính góc mở bướm ga theo điện áp

Để vẽ đường đặc tính và nội suy được hở ga theo điện áp, ta sử dụng các giá trị 10, 15, 20, 25, 40, 50, 60, 75 với các tương ứng 0,9; 1,1; 1,3; 1,5; 2,1; 2,5; 2,9; 3,5 Đường đặc tính và hàm nội suy cho góc mở bướm ga theo điện áp và các tiếp điểm sẽ giúp xác định VTA, chân nguồn VC, và chân p cho chân VC từ góc mở bướm ga.

75 80 100 3,5 3,7 4,5 ợc hàm tính phần ớm ga theo điện áp

Bộ điều khiển điện tử (ECU) [4]

Tiếp nhận tín hiệu t thích hợp đến cơ cấu chấ sự cố xảy ra

Trang 21 thay đổi từ thông xuyên qua đĩa và cuộn dây, tạo nên tín hi xác định khoảng thời gian phun cơ bản và góc đánh l u này Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng và nó đư sinh ra Nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khu ng cơ Do có 2 răng khuyết nên loại tín hiệu NE này dùng để xác đ m trên Mạch điện cảm biến tốc độ động cơ:

Hình 2.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ động cơ

Rotor tín hiệu và cuộn dây cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải các tín hiệu đến ECU ECU nhận các tín hiệu liên quan đến góc đánh lửa, thời gian phun, tín hiệu khởi động tăng tốc, công tắc nhiệt độ nước, và thông tin giữa các ECU trên xe Qua quá trình xử lý tín hiệu từ cảm biến, ECU giúp chẩn đoán động cơ một cách hiệu quả, đảm bảo hoạt động đồng bộ của các hệ thống trong máy tính với vi xử lý.

ROM, PROM, và RAM đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển tín hiệu trên n và góc đánh lửa sớm của động cơ Các tín hiệu này được truyền từ khuỷu và tốc độ động cơ để xác định hiệu suất hoạt động Hệ thống cũng nhận tín hiệu từ ly hợp và công tắc áp suất, giúp các ECU trên xe hoạt động hiệu quả Cuối cùng, các tín hiệu điều khiển được xử lý qua microprocessor để đảm bảo hệ thống vận hành ổn định.

ECU được cấu tạo bởi bộ nhớ, bộ vi xử lý, đường truyền Bộ nhớ chia làm 4 loại:

ROM là bộ nhớ dùng để lưu trữ thông tin thường trực, chỉ cho phép đọc dữ liệu mà không thể ghi mới Thông tin trong ROM đã được cài sẵn và cung cấp dữ liệu cho bộ vi xử lý, đồng thời được lắp cố định trên mạch in.

RAM, hay bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, là loại bộ nhớ dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi và được quản lý bởi vi xử lý RAM cho phép đọc và ghi dữ liệu tại bất kỳ địa chỉ nào Có hai loại RAM: RAM xóa được và RAM không xóa được.

PROM có cấu trúc cơ bản tương tự như ROM, nhưng cho phép lập trình và nạp dữ liệu trực tiếp tại nơi sử dụng thay vì tại nơi sản xuất như ROM Điều này giúp PROM linh hoạt hơn, cho phép sửa đổi chương trình điều khiển để đáp ứng các yêu cầu khác nhau.

KAM là bộ nhớ dùng để lưu trữ thông tin tạm thời cung cấp cho bộ vi xử lý Nó có khả năng duy trì dữ liệu ngay cả khi động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy Tuy nhiên, thông tin trong KAM sẽ bị mất nếu nguồn cung cấp từ ắc quy đến máy tính bị tháo rời.

- Bộ vi xử lý (Microprocessor): Bộ vi xử lý có chức năng tính toán và ra quyết định Nó là “Bộ não” của ECU

- Đường truyền (BUS): Chuyển các lệnh và số liệu trong máy tính theo 2 chiều 2.4.3 Hoạt động

ECU hoạt động trên cơ sở tín hiệu số nhị phân với điện áp cao biểu thị cho số

Điện áp thấp biểu thị cho số 0, trong khi mỗi số hạng 0 hoặc 1 được gọi là bit Tám bit kết hợp lại tạo thành một byte, hay còn gọi là một từ (word), và byte này được sử dụng để biểu thị một lệnh hoặc một mẫu thông tin.

ECU có thể được thiết kế dưới dạng một IC đơn lẻ hoặc nhiều IC, tùy thuộc vào độ dài từ của RAM (tính theo bit) Để điều khiển các hệ thống khác nhau trên ô tô với tốc độ thực hiện nhanh và độ chính xác cao, hiện nay thường sử dụng máy tính 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit Trên các mẫu ô tô hiện đại, có thể trang bị nhiều ECU để quản lý các hệ thống khác nhau.

2.4.4 Mạch giao tiếp ngõ vào

Bộ chuyển đổi A/D là thiết bị quan trọng dùng để chuyển đổi các tín hiệu tương tự từ cảm biến nhiệt độ, bộ đo gió và cảm biến bướm ga thành tín hiệu số thông qua sự thay đổi điện áp.

Trang 23 tín hiệu số để bộ vi xử lý hiểu được

* Bộ đếm (Counter): Dùng để đếm xung như từ cảm biến vị trí piston rồi gửi lượng đếm về bộ vi xử lý

* Bộ nhớ trung gian (Buffer): Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số, nó không giữ lượng đếm như trong bộ đếm

* Bộ khuếch đại (Amplifier): Khuếch đại các tín hiệu rất nhỏ ở một số cảm biến

2.22: Bộ khuếch đại Hình 2.22: Bộ khuếch đại Hình 2.22: Bộ khuếch đại

* Bộ ổn áp (Voltage regulator): Thông thường trong ECU có 2 bộ ổn áp 12 V và 5 V

2.4.5 Giao tiếp ngõ ra: Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý sẽ đưa đến các transistor công suất điều khiển relay, solenoid, motor Các transistor này có thể

Trang 24 được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU.

Điều khiển hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa theo chương trình bao gồm tín hiệu vào, bộ điều khiển điện tử ECU và tín hiệu ra từ ECU để điều khiển cơ cấu chấp hành Trong số các tín hiệu đầu vào, tín hiệu tốc độ động cơ (NE), vị trí piston (G) và tín hiệu tải (dựa trên áp suất trong đường ống nạp hoặc lượng khí nạp) là những tín hiệu quan trọng nhất.

Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa theo chương trình như hình vẽ 2.24:

Hình 2.24: Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa theo chương trình

Sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến ECU sẽ xử lý và đưa ra xung đến

1.Tín hiệu tốc độ động cơ (NE)

2 Tín hiệu vị trí cốt máy (G)

4 Tín hiệu từ cảm biến vị trí cánh bướm ga

5 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát

6 Tín hiệu điện áp ắc quy

Trang 25 igniter để điều khiển đánh lửa Việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm trong các HTĐL trước đây được thực hiện bằng phương pháp cơ khí Đối với HTĐL với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử, góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh gần sát với đặc tính lý tưởng

Góc đánh lửa sớm thực tế (θ) khi động cơ hoạt động được xác định bằng công thức sau:    bd   cb   hc

Góc đánh lửa sớm ban đầu (θbd) được xác định bởi vị trí của delco hoặc cảm biến vị trí piston (tín hiệu G), thường nằm trong khoảng từ 5 đến 15 độ trước TDC khi động cơ ở tốc độ cầm chừng ECU sẽ sử dụng tín hiệu tốc độ (NE) và tải của động cơ, thông qua tín hiệu áp suất trên đường ống nạp hoặc lưu lượng khí nạp, để đọc giá trị góc đánh lửa sớm cơ bản (θcb) được lưu trữ trong bộ nhớ.

Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (θhc) là góc đánh lửa được điều chỉnh dựa trên các tín hiệu từ ECU như nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tín hiệu kích nổ và tốc độ xe Sau khi xác định góc đánh lửa sớm, bộ xử lý trung tâm (CPU) sẽ phát ra xung điện áp để điều khiển tín hiệu đánh lửa (IGT).

Hình 2.25: Góc đánh lửa sớm thực tế 2.5.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng trên động cơ 1NZ-FE [21].[23]

Trên động cơ 1NZ-FE, Toyota áp dụng hệ thống đánh lửa với mỗi bô bin tương ứng cho một xy lanh, mang lại nhiều lợi ích vượt trội Hệ thống này loại bỏ dây cao áp, giúp giảm thiểu năng lượng mất mát, giảm điện dung ký sinh và hạn chế nhiễu sóng vô tuyến Việc không còn khe hở trên đường dẫn cao áp cũng giúp loại bỏ các chi tiết dễ hư hỏng, đồng thời yêu cầu sử dụng vật liệu cách điện tốt hơn cho các bộ phận như con quay, chổi than và nắp bộ chia điện, từ đó nâng cao độ bền và hiệu suất của động cơ.

2 dây cao áp gần nhau khi xảy ra hiện tượng đánh lửa sớm (xảy ra với động cơ

 bd  cb  hc nhiều xy lanh)

Trong hệ thống đánh lửa, cảm biến vị trí trục cam G đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu đến các cảm biến khác Khi tín hiệu này được gửi đến IC đánh lửa, nó sẽ điều phối dòng điện cao áp để thực hiện quá trình đánh lửa theo trình tự chính xác.

Dòng điện trong cuộn sơ điểm đánh lửa IGT tạo ra một quá trình đánh lửa Khi tín hiệu điện bị ngắt, dòng điện sẽ qua cuộn cảm và vượt qua điện trở của cuộn đúng thời điểm cần thiết.

Trang 26 ng đánh lửa này, ECU xác định thời điểm đánh l c cam G, tín hiệu cảm biến trục khuỷu NE và n khác Khi đã xác định được thời điểm đánh lửa, ECU g ng thời, tín hiệu IGF được gửi đến ECU động cơ ECU phân ến các xy lanh bằng cách gửi từng tín hiệu IGT đ đánh lửa Điều này giúp điều chỉnh thời điểm đánh l n sơ cấp được điều khiển bởi ECU thông qua tín hi a IGT, đây là một tín hiệu điện áp bật/tắt transistor công su ện áp IGT còn 0V thì transistor công suất trong qua cuộn sơ cấp bị ngắt, sự biến thiên từ thông m n thứ cấp sẽ tạo ra một điện áp cao Nếu điện áp này đ ộn thứ cấp và không khí thì sẽ có tia lửa đượ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin đơn (DIS)

Hình 2.27 mô tả dạng xung tín hiệu của IGT và IGF trong hệ thống đánh lửa ECU gửi tín hiệu IGT đến các IC đánh lửa thông qua tín hiệu thời gian của transistor công suất Tín hiệu IGT được phân phối đến các IC đánh lửa có độ chính xác cao, giúp tạo ra áp suất đủ lớn để kích hoạt bugi trong hệ thống đánh lửa bô bin đơn (DIS).

Điều khiển kim phun

2.6.1 Điều khiển thời gian phun nhiên liệu

Thời gian phun nhiên liệu thực tế được xác định bởi hai yếu tố chính: thời gian phun cơ bản (tb), phụ thuộc vào lượng khí nạp và tốc độ động cơ, và thời gian điều chỉnh (tc), dựa vào các cảm biến khác Tổng thời gian phun nhiên liệu (ti) được tính bằng công thức tc + tb = ti Tuy nhiên, trong quá trình khởi động động cơ, thời gian phun nhiên liệu được xác định khác do lượng khí nạp không ổn định Hình 2.28 mô tả cách điều khiển thời gian phun nhiên liệu.

Hình 2.28: Điều khiển thời gian phun nhiên liệu 2.6.2 Điều khiển kim phun khi khởi động

Trong quá trình khởi động, việc xác định chính xác lượng khí nạp vào gặp nhiều khó khăn do sự biến đổi lớn về tốc độ động cơ Vì vậy, ECU sử dụng thời gian phun cơ bản từ bộ nhớ, dựa trên nhiệt độ động cơ mà không tính đến lượng khí nạp Sau đó, ECU sẽ điều chỉnh thêm thời gian phun dựa trên nhiệt độ khí nạp và điện áp ắc quy để xác định thời gian phun thực tế.

Hình 2.29: Điều khiển kim phun khi khởi động 2.6.3 Điều khiển sau khởi động:

Sau thời gian khởi động động cơ, ECU sẽ xác định thời gian phun bằng cách: ăcquy c b i t t t t   

Nhiệt độ của nước làm mát, nhiệt độ khí nạp và cảm biến bướm ga có ảnh hưởng lớn đến tc, trong khi tb lại chịu tác động từ tín hiệu lưu lượng gió và tốc độ của động cơ.

2.6.4 Thời gian phun cơ bản

Loại D - jetronic sử dụng cảm biến MAP để xác định áp suất đường ống nạp và tốc độ động cơ, với bộ nhớ ECU chứa dữ liệu về thời gian phun cơ bản khác nhau Trong khi đó, loại L-jetronic sử dụng cảm biến đo lưu lượng gió, trong đó thời gian phun cơ bản được xác định bởi thể tích khí vào và tốc độ động cơ.

Trong đó: G k lượng khí nạp; N e Tốc độ động cơ; K Hệ số điều chỉnh

2.6.5 Sự hiệu chỉnh thời gian phun: ECU luôn được thông báo về điều kiện vận hành của động cơ mọi lúc bằng những tín hiệu từ cảm biến và hình thành xung hiệu chỉnh khác nhau trong thời gian phun thực tế của động cơ

Sự hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp là quá trình mà ECU coi 20°C là nhiệt độ chuẩn, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ dựa trên sự thay đổi nhiệt độ khí nạp so với mức này Quá trình hiệu chỉnh này có thể dẫn đến sự thay đổi tối đa trong lượng nhiên liệu phun lên tới khoảng 10%.

Khi khởi động, ECU (Bộ điều khiển động cơ) sẽ phun thêm một lượng nhiên liệu phụ trong một giai đoạn đã được xác định trước, nhằm hỗ trợ ổn định quá trình vận hành của động cơ.

Trang 29 hành của động cơ Nhiệt độ nước làm mát thấp, sự làm giàu về cơ bản sẽ tăng gấp đôi số lượng nhiên liệu phun vào

Khi thời tiết lạnh, sự bốc hơi nhiên liệu kém có thể khiến động cơ hoạt động không ổn định nếu không được cung cấp hỗn hợp xăng giàu Để khắc phục tình trạng này, ECU sẽ điều chỉnh tăng lượng nhiên liệu phun cho đến khi nhiệt độ đạt 60 độ C, giúp cải thiện hiệu suất động cơ.

Khi động cơ hoạt động ở chế độ đầy tải, ECU sẽ nhận tín hiệu từ góc mở bướm ga hoặc thể tích khí nạp để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào Việc làm giàu nhiên liệu này giúp đảm bảo hiệu suất vận hành của động cơ, với mức tăng lượng nhiên liệu từ 10% đến 30% tùy thuộc vào loại động cơ.

Trong quá trình thay đổi tốc độ của động cơ, ECU cần điều chỉnh tỉ lệ hòa khí bằng cách tăng hoặc giảm lượng nhiên liệu phun vào Việc này được thực hiện dựa trên tín hiệu từ cảm biến bướm ga, nhằm đảm bảo động cơ hoạt động chính xác và hiệu quả.

Khi giảm tốc độ, nếu bướm ga đóng hoàn toàn, ECU sẽ ngắt kim phun để tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải Khi tốc độ động cơ giảm xuống dưới mức quy định hoặc bướm ga mở, nhiên liệu sẽ được phun trở lại Tốc độ ngắt nhiên liệu và tốc độ phun trở lại cao hơn khi nhiệt độ nước làm mát thấp Để ngăn ngừa tình trạng vượt tốc, kim phun sẽ ngừng hoạt động nếu tốc độ động cơ vượt quá giới hạn, và quá trình phun nhiên liệu sẽ được khôi phục khi tốc độ động cơ giảm xuống dưới mức này.

Hình 2.30: Đồ thị biểu diễn sự cắt nhiên liệu

Thấp t o nước làm mát Cao

2.6.6 Điều khiển chế độ không tải (cầm chừng) và kiểm soát khí thải Để điều chỉnh tốc độ cầm chừng, người ta cho thêm một lượng gió đi tắt qua cánh bướm ga vào động cơ nhằm tăng lượng hỗn hợp để giữ tốc độ cầm chừng khi động cơ hoạt động ở các chế độ tải khác nhau Lượng gió đi tắt này được kiểm soát bởi một van điện gọi là van điều khiển cầm chừng (van ISC)

Khi động cơ ngừng hoạt động, chế độ khởi động được kích hoạt với tín hiệu tốc độ động cơ không gửi đến ECU, cho phép van điều khiển mở hoàn toàn, giúp quá trình khởi động lại động cơ trở nên dễ dàng hơn.

Chế độ sau khởi động:

Hình 2.31: Điều khiển cầm chừng ở chế độ sau khởi động

Việc thiết lập trạng thái khởi động ban đầu giúp khởi động động cơ dễ dàng hơn và tăng lượng gió phụ Tuy nhiên, khi động cơ đã nổ và tốc độ tăng cao, nếu van vẫn mở hoàn toàn, tốc độ động cơ có thể vượt quá mức an toàn Do đó, khi động cơ đạt một tốc độ nhất định, tùy thuộc vào nhiệt độ nước làm mát, ECU sẽ gửi tín hiệu đến van điều khiển cầm chừng để điều chỉnh từ vị trí mở hoàn toàn đến vị trí phù hợp với nhiệt độ nước làm mát.

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

B → C cho đến khi nhiệt độ nước làm mát đạt 80 0 C

Hình 2.32: Điều khiển cầm chừng ở chế độ hâm nóng

ECU không chỉ điều chỉnh chế độ không tải dựa trên tín hiệu từ hộp số tự động và tải của máy phát, máy lạnh, mà còn đảm nhiệm việc tính toán và gửi tín hiệu kích hoạt cho từng kim phun trong hệ thống nhiên liệu Thời gian mở kim phun được xác định bởi ECU, dựa trên dòng kích cuộn dây, và được điều chỉnh phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ thông qua dữ liệu từ các cảm biến Động cơ 1NZ-FE áp dụng hệ thống kim phun theo thứ tự công tác, phổ biến ở động cơ 4 và 6 xy lanh, trong đó mỗi kim phun chỉ mở một lần trong mỗi chu kỳ và theo thứ tự công tác của động cơ.

Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử

Trong luận văn này, chúng tôi không trình bày các bước tính toán các thông số như dao động của động cơ hay khả năng chịu tải trọng của giá đỡ động cơ, mà chỉ giới thiệu mô hình đã hoàn thiện theo các tiêu chí đã đề ra Mô hình sử dụng các cụm chi tiết thật của động cơ 1NZ - FE, được trang bị trên xe Toyota - Vios đời 2011, loại xe vẫn phổ biến tại Việt Nam, đặc biệt trong các đơn vị Quân đội, nơi có nhu cầu sửa chữa cao.

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

- Phục vụ huấn luyện, giảng dạy thực hành kiểm tra, điều chỉnh các bộ phận, hệ thống của động cơ

- Tạo pan; chẩn đoán và xử lý pan

3.1.2 Các bộ phận chính của mô hình

Bảng 3.1: Một số thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE [16], [21], [24]

Loại động cơ 1.5L, 1NZ – FE

Kiểu 4 xylanh, thẳng hàng, 16 van,

Dung tích xylanh (cc) 1.497 Đường kính xylanh (mm) 75 Đường kính hành trình Piston (mm) 84.7 Đường kính bệ Xupap (mm) Nạp: 30.5; Xả : 25.5

Công suất cực đại SAE-NET (HP / rpm) 80/6,000

Mụmen xoắn cực đại SAE-NET [Nãm/rpm] 141/4,200

Xupap nạp Mở -7 0  33 0 BTDC Đóng 52 0  12 0 ABDC

Xupap xả Mở 42 0 BBDC Đóng 2 0 ATDC

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

Loại nhiên liệu Xăng không chì

Trị số Ốc tan nhiên liệu 87 hay hơn

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

Tốc độ xe tối đa (Km/h) 170

Hệ thống phân phối khí với động cơ mạnh mẽ, sử dụng trục cam kép và công nghệ VVT-i, mang lại công suất cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu và hiệu suất tối ưu trên nhiều loại địa hình, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường.

+ Đường ống góp nạp bằng nhựa;

+ Hệ thống bướm ga điện tử thông minh ETCS-I;

+ Ống góp xả và ống xả bằng thép không gỉ;

+ Hai bộ lọc khí xả 3 thành phần (TWC): Vách ngăn siêu mỏng, lắp phần tử lọc TWC cao cấp, giúp lọc khí xả rất sạch

+ Vòi phun 12 lỗ, điều khiển cắt nhiên liệu khi túi khí bị kích hoạt;

+ Bơm xăng dạng mô đun bao gồm bộ lọc than hoạt tính lắp trong thùng xăng tiết kiệm không gian cho khoang động cơ

- Hệ thống đánh lửa độc lập DIS:

+ Hệ thống nạp với máy phát loại thanh dẫn gọn nhẹ

+ Hệ thống điều khiển quạt làm mát hai chế độ Hi và Low

+ Điều khiển máy khởi động (Cranking hold): Ngay khi công tắc điện xoay

Trang 34 sang vị trí START, chức năng này sẽ điều khiển motor khởi động mà không cần giữ tay ở vị trí START

* Hệ thống điều khiển động cơ

- Vị trí các chân của ECU

Hình 3.1: Vị trí các chân ECU

- Bảng ký hiệu các chân và tín hiệu của ECU

Bảng 3.2: Ký hiệu các chân và tín hiệu của ECU [6], [11],[16], [20],[21]

Ký hiệu Viết tắt Diễn giải

A20-28 IG/SW Ignition Switch Công tắc IG

The STSW Start Switch Signal is essential for operating the starter relay, while the A20-13 ACCR Accessory Relay manages auxiliary equipment Additionally, the A20-48 STA Starter Relay Signal is crucial for initiating the engine start process.

C23-52 STAR Starter Control Signal Điều khiển Relay máy khởi động A20-3 +BM Battery Main Nguồn của bộ chấp hành bướm ga

A20-44 MREL Main Relay Relay chính

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

C23-84 IGT2 Ignition Timing 2 Tín hiệu đánh lửa bô bin 2

C23-83 IGT3 Ignition Timing 3 Tín hiệu đánh lửa bô bin 3

C23-82 IGT4 Ignition Timing 4 Tín hiệu đánh lửa bô bin 4

C23-81 IGF Ignition Confirmation Tín hiệu xác nhận đánh lửa C23-122 NE+ Number Engine crankshaft angle sensor

Số vòng quay động cơ, tín hiệu tốc độ động cơ

C23-112 OX1A Oxygen Cảm biến oxy

C23-64 OX1B Oxygen Cảm biến oxy

C23-99 G2 Gound 2 Tín hiệu cảm biến trục cam

Ký hiệu Viết tắt Diễn giải

C23-110 KNK Knock Tín hiệu kích nổ

A20-8 SPD Speed Tín hiệu tốc độ

The C23-97 THW is a thermostatic sensor that monitors the temperature of the cooling water, while the C23-65 THA serves as a thermostatic sensor for the intake air temperature Additionally, the C23-118 VG measures the voltage of the intake gas, providing crucial data on the airflow.

VC Voltage Circuit Nguồn cảm biến VC A20-24 W Malfunction Indicator

Ligh Tín hiệu đèn MIL

ETA Valve Throttle Angle Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga

/Tín hiệu âm của cảm biến

A20-15 TACH Tachometer Đồng hồ đo tốc độ

OC1- Oil Control Tín hiệu điều khiển dầu phối khí trục cam (Van OCV) C23-67

Nguồn của cảm biến vị trí bướm ga A20-55/

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

C23-41 M+/M- Bộ chấp hành bướm ga

A20-36 STP Stop Công tắc đèn phanh

PRG Purge Tín hiệu điều khiển Van VSV

FC Fuel Control Tín hiệu điều khiển bơm nhiên liệu A20-41/

– High/Low Đường truyền CAN

A20-22 FAN2 FAN2 Relay quạt số 2

ELS Electrical Loading Signal Tải điện

A20-33 ELS3 Electrical Loading Signal 3 Tải điện, bộ xông kính

C23-108 #10 Tín hiệu vòi phun số 1

C23-107 #20 Tín hiệu vòi phun số 2

C23-106 #30 Tín hiệu vòi phun số 3

C23-105 #40 Tín hiệu vòi phun số 4

- Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 1NZ-FE

Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 1NZ-FE 3.1.2.2 Bảng kiểm tra chân giắc hộp ECU và tạo pan

Mô hình bao gồm một bảng chia thành hai phần, trong đó phần trên chứa các chân của ECU được thiết kế dưới dạng giắc cắm, giúp thuận tiện cho việc kiểm tra và kết nối giao tiếp với máy tính.

Bên dưới có các công tắc ON-OFF để tạo pan phục vụ cho việc thực hành chẩn đoán, cùng với một giắc chẩn đoán OBDII được thiết kế trên bảng để kết nối với máy chẩn đoán.

Hình 3.3: Bảng thông tin chân giắc hộp ECU và bảng tạo Pan

3.1.2.3 Khung lắp đặt mô hình

Hệ thống được xây dựng trên khung thép di động chắc chắn, có khả năng di chuyển nhờ các bánh xe Các chi tiết được sắp xếp hợp lý, mô phỏng hoạt động của động cơ xe ô tô thật, giúp người học dễ dàng quan sát và tiếp thu kiến thức.

Kích thước mô hình : 945 x 800 x 1460 (mm)

Trang 39 Hình 3.4: Khung đỡ động cơ nhìn từ phía trên

Hình 3.5: Hình chiếu cạnh khung đỡ động cơ

Hình 3.6: Khung đỡ động cơ nhìn từ phía trước 3.1.3 Các chế độ hoạt động của mô hình

3.1.3.1 Chế độ vận hành cơ bản

- Nguồn điện cấp cho mô hình: DC 12V-45Ah; Nhiên liệu: xăng

Hình 3.7: Vị trí đèn MIL ở táp lô

Khi bật khóa điện ON, hệ thống điều khiển động cơ nhận nguồn điện 12V, khiến rơ le chính hoạt động với tiếng kêu Đồng thời, đèn báo MIL trên táp lô sáng lên, cùng với đèn báo áp suất nhớt và đèn báo sạc bình cũng được kích hoạt.

- Sau khi khởi động (máy nổ), nếu không có sự cố gì xảy ra thì các đèn báo phải tắt

3.1.3.2 Chế độ tạo PAN hư hỏng, kết nối máy chẩn đoán đọc và xóa lỗi [20]

Khi kích hoạt chế độ tạo PAN, chỉ cần gạt công tắc, hệ thống sẽ hiển thị các hư hỏng liên quan đến điều khiển động cơ.

Để đọc và xóa mã lỗi chẩn đoán, người dùng cần sử dụng phần mềm Toyota Techstream cài đặt trên máy tính Kết nối với mô hình xe thông qua cổng OBDII và cổng USB, người dùng có thể dễ dàng truy cập và xử lý các mã lỗi liên quan đến hệ thống điện điều khiển động cơ.

Hình 3.8: Chế độ kết nối với máy tính chẩn đoán đọc và xóa mã lỗi bằng phần mềm

Sử dụng máy chẩn đoán chuyên dụng như FSA 740 hoặc G-scan II kết nối qua cổng OBDII, người dùng có thể xác định các hư hỏng của động cơ trong quá trình tạo Pan.

Hình 3.9: Chế độ kết nối với máy chẩn đoán, đọc và xóa mã lỗi

Chế độ thực nghiệm đo kiểm các thông số kỹ thuật được thiết kế trên bảng điều khiển và thông tin mô hình, bao gồm các giắc cắm để thực hiện đo kiểm các thông số như nguồn điện hệ thống EFI, nguồn cho hệ thống chân ga điện tử, tín hiệu từ các cảm biến, và tín hiệu điều khiển các bộ chấp hành.

THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH