Thuyết minh Đồ Án tốt nghiệp Đề tài khảo sát và chế tạo mô hình hệ thống Đánh lửa trên Động cơ 2az fe toyota camry 2005

Được sự đồng ý của Khoa, em cùng nhóm chúng em đã “Khảo sát và chếtạo mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ 2AZ-FE Toyota Camry2005”.. Việc làm mô hình hệ thống

TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG

VẬN TẢI TRUNG ƯƠNG V

KHOA CƠ KHÍ – ĐIỆN

Võ Văn Thịnh Trương Đức Linh

Nguyễn Khắc Như

Đà Nẵng, Năm 2025

LỜI NÓI ĐẦU

Chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật ô tô” là một trong những chuyên ngành trọng điểmcủa Khoa Cơ khí – Điện, trường Cao đẳng GTVT TW V, do vậy để phục vụ cho việc giảngdạy và học tập Được sự đồng ý của Khoa, em cùng nhóm chúng em đã “Khảo sát và chếtạo mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ 2AZ-FE Toyota Camry2005” Được sự giúp đỡ, hướng dẫn của quý thầy cô giáo, sau một thời gian thực hiện, emcùng các bạn đã hoàn thành nhiệm vụ xây dựng mô hình và lấy đó làm nội dung của đồ ántốt nghiệp Song song với việc xây dựng mô hình, em đã hoàn thành bản thuyết minh đồ ántốt nghiệp

Để hoàn thành chương trình đại học và thực hiên tốt đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được

sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô khoa Cơ khí- Điện trường Caođẳng GTVT TW V

Tuy nhiên, do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảocòn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏinhững thiếu sót Rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sự chỉ bảo của các thầy cô giáotrong bộ môn cùng các bạn sinh viên để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn: ThS Lê Xuân Diệu đã giao

đề tài và tận tình giúp đỡ, động viên, chia sẻ hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ ánnày

Nắp hộp xích cam bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt, trên đỉnh piston có chỗ lõm để tránh bị xupap vađập

Đồ Án Tốt Nghiệp: Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD: Lê Xuân Diệu

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

1 2 Tổng quan về động cơ 2AZ-FE

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 2AZ-FE

2.1 Yêu cầu mô hình

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế cho mô hình

2.3 Thiết kế khung mô hình

2.4 Thiết kế chế tạo bánh răng

2.5 Các chi tiết chính trên mô hình

CHƯƠNG III: CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN KIM PHUN CỦA ECU

3.1 Chức năng điều khiển thời điểm phun

3.2 Điều khiển lượng phun (khoảng thời gian phun)

CHƯƠNG 4 CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH

4.1 Kiểm tra điện trở phun xăng đánh lửa

4.2 Kiểm tra điện áp trên mô hình phun xăng đánh lửa

4.3 Kiểm tra mạch cấp nguồn mô hình phun xăng đánh lửa

4.4 Kiểm tra bôbine đánh lửa

4.5 Kiểm tra tín hiệu Ne, G22+

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

1.1.1 Mục đích của đề tài

Chuyên ngành “Cơ khí ô tô” là một trong những chuyên nghành mới của khoa Cơ khí, trường Cao đẳng GTVT TW V Do vậy, trang thiết bị phục vụ cho việc giảng dạy và học tập của sinh viên chưa có mô hình phun xăng và đánh lửa điện tử Vì vậy để phục vụ cho việc giảng dạy và học tập là việc làm rất cần thiết Việc làm mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ có các mục đích sau:

- Thuận tiện cho công tác giảng dạy và học tập của sinh viên

- Giúp sinh viên hiểu một cách tổng quan, sâu sắc hơn và thực tế hơn toàn bộ hệ thống điệnvà điện tử trên động cơ (đặc biệt là hệ thống phun xăng và đánh lửa)

- Thực hành kiểm tra, chuẩn đoán hư hỏng hệ thống điện-điện tử của động cơ ngay trên môhình

1.1.2 Ý nghĩa của đề tài

Việc tìm hiểu hệ thống phun xăng điện tử và đánh lửa đối với đa số sinh viên chuyên ngành

“cơ khí oto” chủ yếu là trên lý thuyết, không thực tế Vì vậy, thông qua mô hình này sẽ là công cụ học tập rất thiết thực của sinh viên để có điều kiện nhận thức và hiểu biết thực tế hơn Dựa vào mô hình, sinh viên có thể thực hành làm các thí nghiệm, các bài kiểm tra, nghiên cứu, chuẩn đoán hư hỏng các chi tiết trên mô hình

1 2 Tổng quan về động cơ 2AZ-FE

1.2.1 Giới thiệu chung về động cơ 2AZ-FE

Hình 1.1: Mặt cắt ngang động cơ 2AZ-FE

1-Các te; 2- Hộp trục khuỷu ; 3- Bánh răng chủ động; 4- Thanh truyền; 5 - Pittông; 6-Áo nước; 7-Vòi phun; 8-Cam nạp; 9-Bôbin đánh lửa; 10-Cam xả; 11- Nắp đậy; 12-Nắp xylanh; 13-Que thăm dầu; 14-Thân xylanh; 15-Van hằng nhiệt; 16-Thân xylanh

Động cơ 2AZ-FE được lắp trên xe Camry 2.4 của hãng TOYOTA Đây là một trongnhững thế hệ động cơ hiện đại của hãng Toyota Trên động cơ, người ta đã thiết kế và trang

bị rất nhiều thiết bị điều khiển điện tử để nó làm việc tối ưu hơn Một số các đặc điểm cơbản của động cơ như sau: - Động cơ 2AZ-FE là kiểu động cơ 4 kì, 4 xylanh, thẳng hàng 2cam kép

- Dung tích công tác của xylanh: 2316 (cm3) - Công suất lớn nhất của động cơ: 150 (mãlực) ở tốc độ 5600 (vòng/phút)

- Mômen xoắn lớn nhất của động cơ: 22,2 (kGm) ở 3800 (vòng/phút)

- Kiểu cung cấp nhiên liệu: phun xăng điện tử (EFI)

- Đường kính xylanh/ hành trình làm việc piston: 86/86 (mm)

- Nắp máy được làm bằng hợp kim nhôm có các cửa hút xả ở hai bên, buồng cháy hình nệm

- Nến điện được bố trí ở bên phải buồng cháy - Trên động cơ 2AZ-FE, nước làm mát đượcđưa vào áo nước của cụm đường nạp không khí để làm tăng khả

- năng vận hành xe khi động cơ đang còn nguội

- Các lò xo nấm hút và làm bằng thép lò xo có khả năng chịu tải ở tất cả các chế độ vòngquay động cơ

- Trục cam được dẫn động bằng xích Trục cam có 5 ổ đỡ nằm giữa các con đội của từngxylanh và ở phía đầu xylanh số 1 Việc bôi trơn các ổ trục cam được thực hiện nhờ cóđường dầu từ nắp máy

- Việc điều chỉnh khe hở nhiệt được tiến hành bằng cách thay đĩa đệm ở trên con đội màkhông cần phải tháo trục cam

- Thân máy làm bằng gang Tất cả có 4 xylanh, chiều dài mỗi ống gần gấp đôi chiều dàipiston Bên trên xylanh là nắp máy, bên dưới xylanh là trục khuỷu có

- 5 ổ đỡ Ngoài ra, thân máy còn có áo nước bên trong có nước được dẫn từ bơm nước lênlàm mát xylanh

- Cacte dầu được bắt bằng bu lông vào mặt dưới thân máy Trong cacte dầu có vách ngăn đểgiữ lượng dầu đủ cần thiết khi xe bị nghiêng Tấm vách ngăn còn tránh cho bơm dầu khỏihút không khí và bọt, giữ tuần hoàn dầu trong hệ thống được ổn định ngay cả khi xe phanhhãm đột ngột

- Hệ thống làm mát của động cơ là kiểu tuần hoàn cưỡng bức dưới áp suất của bơm nước và

có van hằng nhiệt ở đường nước vào bơm

- Hệ thống bôi trơn của động cơ là kiểu cưỡng bức và vung té có lọc dầu toàn phần, dùng đểđưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động

1.2.2 Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2AZ-FE

Ngày nay, trên hầu hết các động cơ xăng đều được trang bị hệ thống phun xăng điện tử

Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2AZ-FE là hệ thống phun xăng điện tử (EFI) được trang

bị thêm các hệ thống thu hồi xăng và thu hồi hơi xăng (EVAP) trong thùng xăng nên gọi là

hệ thống nhiên liệu SFI

Nguyên lí làm việc của hệ thống phun xăng điện tử như sau: Một bơm nhiên liệu cungcấp đủ nhiên liệu dưới áp suất không đổi đến các vòi phun (ở động cơ 2AZ-FE áp suấtnhiên liệu là từ 3,1 kG/cm2 đến 3,5 kG/cm2) Các vòi phun sẽ phun một lượng nhiên liệuđịnh trước vào đường ống nạp theo các tín hiệu từ ECU động cơ ECU nhận các tín hiệu từnhiều cảm biến thông báo về sự thay đổi các chế độ hoạt động của động cơ ECU sử dụngcác tín hiệu này để xác định khoảng thời gian cần thiết nhằm đạt được hòa khí với tỉ lệ tối

ưu phù hợp với từng điều kiện hoạt động của động cơ Khi nhiên liệu được phun ra, áp suấtnhiên liệu bị thay đổi một chút Mỗi vòi phun được lắp ở phía trước của xupap nạp Lượngnhiên liệu phun ra được điều khiển bằng độ dài khoảng thời gian dòng điện chạy qua vòiphun

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2AZ-FE.

1: Bình Xăng; 2:Bơm xăng điện; 3:Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm;

4: Lọc Xăng; 5: Bộ lọc than hoạt tính; 6:Lọc không khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp;8:Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10:Bướm ga; 11:Cảm biến vị trí bướm ga;

12:Ống góp nạp; 13:Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14:Bộ ổn định áp suất; 15:Cảm biến vịtrí trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu;17:Ống phân phối nhiên liệu; 18:Vòiphun; 19:Cảm biến tiếng gõ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm biến vị trí trục

khuỷu; 22:Cảm biến oxy

Để tối ưu hóa quá trình cấp nhiên liệu, động cơ 2AZ-FE được trang bị hệ thống nhiênliệu không có ống hồi xăng (fuel returnless system) với việc sử dụng tích hợp bộ điều áp,lọc xăng và bơm xăng thành một cụm ngay trong thùng xăng như hình vẽ 1.3 Điều nàygiúp cho nhiên liệu trong thùng xăng tăng hay giảm theo sự bay hơi của nhiên liệu, đồngthời đã loại bỏ được đường hồi xăng ra khỏi khu vực động cơ

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống cấp nhiên liệu động cơ 2AZ – FE

Ngoài ra, trên trong thùng xăng còn trang bị thêm hệ thống thu hồi hơi xăng trong thùnggọi là hệ thống EVAP Sự hoạt động của hệ thống thu hồi xăng bằng cách sử dụng một bầuthan hoạt tính để hấp thụ lại lượng xăng đã bị bay hơi trong quá trình cấp xăng vào thùng.Điều này giúp làm giảm sự thất thoát xăng do không khí

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống thu hồi hơi xăng trên động cơ 2AZ – FE

1.2.3 Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2AZ-FE

Động cơ 2AZ-FE được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS- direct ignition system)hay còn gọi là hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện được phát triển từ những năm giữathập kỉ 80, trên các loại xe sang trọng So với các hệ thống đánh lửa thông thường, thì hệthống này có ưu điểm là:

ưu điểm lớn nhất của hệ thong phun xăng PI so với bộ chế hòa khí là sự hòa trội giữakhông khí và xăng diễn ra tốt hơn trong buồng đốt Việc bố trí kim phun gầi suppap hútcho phép tăng chiều dài đường ống nạp mà không sợ xăng bám vào nó, giúp tăng vận tốckhí nạp, tạo ra xoáy lốc giúp việc hòa trộn tôt hơn khiến hỗn hợp đồng nhất hơn Thêm vào

đó, dòng khí nạp trên ống góp hút có khối lượng thấp (chưa trộn với nhiên liệu) sẽ 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 Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh Có thểđạt được tỉ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ Đáp ứng kịp thờivới sự thay đổi góc mở bướm ga Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: cóthể làm đậm hỗn họp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc Hiệu suất nạp hỗnhọp không khí - nhiên liệu cao

- Không sử dụng dây cao áp nên giảm được sự mất mát năng lượng, giảm điện dung ký sinhvà giảm nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp

- Không sử dụng bộ chia điện nên không có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp

- Bỏ được các chi tiết cơ khí dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu tốt

- như mỏ quẹt, chổi than, nắp delco…

- Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên mạch cao áp vàgiảm chi phí bảo dưỡng

- Nhờ sử dụng mỗi bugie-một bôbine tương ứng nên kích thước mỗi bôbine,

IC đánh lửa sẽ nhỏ gọn hơn, tần số hoạt động ít hơn nên nên bôbin ít bị nóng hơn Quátrình điều khiển góc đánh lửa được thực hiện bởi hệ thống đánh lửa sớm điện tử (ESA) làmột hệ thống điều khiển thời điểm đánh bằng ECU So với các hệ thống đánh lửa trước đó,

hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử (ESA) có những

ưu điểm hơn hẳn Do vậy, ngày nay hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửasớm bằng điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng đã thay thế hoàn toàn hệ thống đánh lửathông thường, giải quyết yêu cầu ngày càng khắt khe về nồng độ khí thải độc hại

Hình 1.5: Sơ đồ điều khiển của hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)

Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có thểchia thành ba phần: tín hiệu vào (tốc độ động cơ, vị trí piston, tín hiệu tải, vị trí bướm ga,nhiệt độ nước làm mát, điện áp ắcquy, tín hiệu kích nổ), ECU và tín hiệu từ ECU để điềukhiển IC đánh lửa

Sự hoạt động của hệ thống ESA như sau: ECU sẽ căn cứ theo số liệu lưu trong bộ nhớvà các số liệu do các cảm biến theo dõi hoạt động của động cơ gửi về, ECU tính toán vàgửi tín hiệu điều khiển IGT (thời điểm đánh lửa) đến IC đánh lửa để đánh lửa tại thời điểmchính xác Khi có tín hiệu đánh lửa IGT từ ECU thì đồng thời sức điện động xoay chiều tạo

ra khi dòng điện trong cuộn sơ cấp bị ngắt sẽ làm cho mạch điện này gửi một tín hiệu IGFđến ECU, tín hiệu này được dùng để xác nhận việc đánh lửa đã diễn ra và được dùng chomục đích chuẩn đoán và chức năng an toàn Do được điều khiển bằng vi sử lý nên ESAluôn đảm bảo được thời điểm đánh lửa tối ưu, cũng như tính kinh tế nhiên liệu và công suất

ra của động cơ đều được duy trì ở mức tối ưu

Để có thể xác định chính xác thời điểm đánh lửa cho từng xilanh của động cơ theo thứ

tự nổ thì ECU cần phải nhận được các tín hiệu cần thiết từ cảm biến như: tốc độ động cơ,

vị trí cốt máy (vị trí piston), lượng gió nạp, nhiệt độ động cơ… Số tín hiệu vào càng nhiềuthì việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác Trong đó, tín hiệu tốc độ động

cơ, vị trí piston và tín hiệu tải là những tín hiệu quan trọng nhất

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN

2.1 Yêu cầu mô hình

Do mô hình là một thiết bị sử dụng trong công tác học tập và giảng dạy, nên có nhữngyêu cầu chính sau:

- Phải thể hiện rõ ràng, dễ hiểu nguyên lý mà nó trình bày

- Dễ dàng sử dụng và điều khiển - Kích thước và khối lượng không lớn lắm

- Có độ bền vững cao hoạt động tin cậy và ổn định

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế cho mô hình

Mô hình học cụ hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử được chế tạo nhằm mục đíchgiúp sinh viên có thể quan sát được đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thốngphun xăng điện tử một cách dễ dàng nhằm tránh những bỡ ngỡ và khó khăn khi tiếp xúcvới thực tế Vì thế, mô hình học cụ hệ thống phun xăng điện tử cần đáp ứng những yêu cầusau:

- Kết cấu gọn nhẹ

- Mang tính tổng quát và phổ biến

- Ít khác biệt so với lý thuyết

- Giá thành hợp lí Hiện nay, hệ thống phun xăng đa điểm có nhiều ưu điểm và được ứngdụng hầu hết trên các ôtô hiện đại Việc tìm hiểu về hệ thống này là một đòi hỏi bắt buộcđối với sinh viên chuyên ngành động lực ôtô Điều quan trọng hơn là mô hình về hệ thốngnày chưa có tại trường ta, nên em quyết định thiết kế mô hình hệ thống này Hiện nay, môhình thiết kế phục vụ cho công tác giảng dạy gồm có hai dạng sau:

- Thứ nhất là: mô hình không hoạt động là loại mô hình gồm các khối lượng tượng trưng chonhững cơ cấu hoặc các cụm trong hệ thống Dạng này thường dùng để thể hiện các cơ cấucủa hệ thống quá phức tạp, do hệ thống được tách ra hoặc cắt ¼ hay ½ để thể hiện đầy đủcác bộ phận nằm ở bên trong Dạng mô hình này giúp cho sinh viên trong quá trình học tậpđược phần nào hiểu hơn về tác dụng và cấu tạo của từng cơ cấu trong hệ thống Tuy nhiên,hình thức này không thể hiện nguyên lý làm việc của hệ thống một cách cụ thể

- Thứ hai là: mô hình hoạt động được là dạng mô hình có kết cấu của chi tiết giống thật vàhoạt động được nhờ các nguồn dẫn động hay các tác động khác Mô hình này rất thuận tiệncho công tác giảng dạy vì thông qua nó sinh viên dễ dàng nắm bắt được cấu tạo và nguyên

lý hoạt động của hệ thống

Qua các phân tích trên, ta tiến hành đi thiết kế hệ thống phun xăng điện tử đa điểm hoạtđộng được dưới dạng mô hình hoạt động được

Từ thực tế sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp ôtô đã cho ra đời nhiều loại ôtô

có tính năng hiện đại, tính tiện nghi cao, các hệ thống trên xe hoàn thiện đều được bắtnguồn từ sự tự động hóa, các hệ thống trên cơ sở sử dụng ngày càng nhiều các thiết bị điện-điện tử là chính Cho nên đối với các ôtô đời mới ngoài số lượng các thiết bị điện ngàycàng nhiều thì các mạch điện trên ôtô cũng rất phức tạp cần tìm hiểu và nghiên cứu thêmrất nhiều Ngược lại thì trên các loại ôtô đời cũ thì hệ thống điện vừa cũ vừa đơn giản lạivừa ít các hệ thống, thiết bị nên việc tìm hiểu ít nhiều bị han chế

Như vậy, để sinh viên cơ khí động lực ôtô được trang bị kiến thức đầy đủ hơn về các hệthống và thiết bị mới trên các loại ôtô hiện đại thì mô hình thực hiện cần phải đáp ứng đượcphần nào yêu cầu này của thực tế trên Vì thế, việc lựa chọn các thiết bị để thực hiện môhình phải có các hệ thống, thiết bị đầy đủ, hoạt động tốt, càng nhiều hệ thống, thiết bị hiệnđại thì càng có giá trị thực tế cao

Ở đây, ta chọn hệ thống phun xăng trên xe ôtô TOYOTA làm cơ sở để thực hiện môhình vì đây là loại xe khá phổ biến trong thực tế lại vừa có các ưu điểm về một hệ thốngđiện-điện tử có số lượng nhiều các thiết bị hiện đại và đặc biệt dễ tìm hơn, giá rẻ hơn nhằmtạo điều kiện cho quá trình thực hiện mô hình

2.3 Thiết kế khung mô hình

2.3.1 Yêu cầu khung mô hình

Khung mô hình là nơi lắp các thiết bị của hệ thống: ECU, bộ trục cơ–cam, các cảm biến,giàn béc phun, giàn đánh lửa, đồng hồ tapblo, các rơle, cầu chì, khóa điên, lọc xăng, động

cơ dẫn động trục cơ…vì vậy, khung mô hình phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Kết cấu chắc chắn, khối lượng nhẹ

- Được sơn lót và sơn thẩm mỹ

- Độ lớn của khung phải đảm bảo bố trí một cách thích hợp các thiết bị trên sa bàn

- Chiều cao vừa đủ để tiện quan sát và vận hành

- Giá thành thích hợp

2.3.2 Lựa chọn vật liệu chế tạo

Khung mô hình: Chọn vật liệu chế tạo khung mô hình là gỗ, có bề dày là 1cm để mô

hình vẫn đảm bảo được độ cứng vững nhưng nhẹ nhàng dễ di chuyển

Hình: 2.1 chọn gỗ để thiết kế khung 2.3.3 Chế tạo bộ khung mô hình

Hình 2.2: Hình dáng khung mô hình

Khung được ghép lại với nhau bằng phương pháp ghép mộng gỗ Bộ khung được chếtạo làm 2 phần: - Khung hình hộp chữ nhật để lắp đặt các thiết bị và trang trí mô hình - Bộchân đế được được thiết kế để dễ dàng tháo ráp và di chuyển

Hình 2.3: khung sau khi được làm hoàn thiện.

2.3.4 Bố trí chung trên mô hình

Để thiết kế mô hình ta có nhiều cách bố trí khác nhau theo nhiều nguyên tắc khác nhau.Nhưng để mô hình thực sự là một công cụ giúp người khác dễ tiếp thu và tìm hiểu hoạtđộng thì ta phải bố trí các chi tiết sao cho nó gần giống với lý thuyết nhất, nhưng cũngkhông quá xa thực tế Ta chọn cách bố trí các chi tiết theo cụm chi tiết Các chi tiết cónhiệm vụ gần giống nhau hoặc cùng làm một nhiệm vụ nào đó thì đặt gần với nhau Đồngthời để đảm bảo không xảy ra hỏa hoạn, ta bố trí giàn đánh lửa càng xa thùng xăng và giànbéc phun càng tốt, có các biện pháp che chắn thích hợp

Hình 2.4: Bố trí chung mô hình

2.4 Thiết kế chế tạo bánh răng

Lựa chọn phôi có bán kính 55mm cho bánh răng trục khuỷa và 50mm cho bánh răngtrục cam với chiều dày của 2 bánh răng là 2mm

Hình 2.5 bản vẻ thiết kế bánh răng

Hình 2.7 bánh răng sau khi được chế tạo

2.5 Các chi tiết chính trên mô hình

2.5.1 Hệ thống cung cấp điện trên mô hình

Hệ thống cung cấp điện làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều, điện áp thấp(12V) cho các thiết bị phụ tải trên động cơ Hai thiết bị chính của hệ thống cung cấpđiện là:

Ắcquy: là nguồn khi động cơ chưa làm việc

2.5.1.1 Ắc quy

Ắc quy là nguồn khi động cơ chưa làm việc hoặc khi động cơ đã làm việc nhưngmáy phát điện chưa phát đủ công suất Chế độ làm việc đặc trưng của ắc quy là chế độkhởi động, ắc quy cung cấp năng lượng cho hệ thống khởi động động cơ, ắc quy cungcấp dòng điện rất lớn trong thời gian ngắn Ắc quy thông dụng nhất là ắc quy chì-axit

Vì vây, để mô hình có tính trực quan và thực tế trên mô hình sử dụng ác quy chì-axit

Hình 2.8 2.5.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

2.5.2.1 Bơm nhiên liệu

Kết cấu Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, nên loại bơm này ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại trên đường ống Các chi tiết chính của bơm bao gồm: mô tơ, cánh bơm, van một chiều, van an toàn và bộ lọc được gắn liền thành một khối đặt chìm trong thùng xăng

Hình 2.9: Kết cấu bơm xăng

1: Van một chiều; 2: Van an toàn; 3: Chổi than; 4: Rôtor; 5: Stato; 6,8: Vỏ bơm; 7,9: Cánh bơm; 10: Cửa xăng ra; 11: Cửa xăng vào

Nguyên lí hoạt động

Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt nhiên liệu

từ cửa vào (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chân không tại cửa vàonên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy nhiên liệu đi

Van an toàn (2) mở khi áp suất vượt quá áp suất giới hạn cho phép (khoảng 6kG/cm2) Van một chiều (1) có tác dụng khi động cơ ngừng hoạt động Van một chiềukết hợp với bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động

cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại Nếu không có áp suất dư thìnhiên liệu có thể dễ dàng bị hoá hơi tại nhiệt độ cao gây khó khăn khi khởi động lạiđộng cơ

Ðiều khiển bơm nhiên liệu : Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy.

Ðiều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện

bật ON nhưng động cơ chưa chạy

Hình 2.1.1: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu

2.5.2.2 Bộ lọc nhiên liệu

Bộ lọc nhiên liệu có nhiệm vụ là: lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏinhiên liệu Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu Ưu điểm của loạilọc thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch Tuy nhiên, loại lọc này cũng có nhượcđiểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km

Hình 2.1.2: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu.

1: Thân lọc nhiên liệu; 2: Lõi lọc; 3: Tấm lọc; 4: Cửa xăng ra; 5: Tấm đỡ; 6:

Cửa xăng vào

Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc (2).Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10µm Các tạp chất có kíchthước lớn hơn 10µm được giữ lại đây Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) các tạp chất nhỏhơn 10µm được giữ lại và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc là xăng tương đối sạchcung cấp quá trình nạp cho động cơ

2.5.2.3 Bộ giảm rung động

Áp suất nhiên liệu được duy trì từ 3,1÷3,5 (kG/cm2 ) tùy theo độ chân không đườngnạp Tuy vậy, do phun nhiên liệu nên vẫn có sự dao động nhỏ trong đường ống Bộgiảm rung động có tác dụng hấp thụ các dao động này bằng một lớp màng

2.5.2.4 Bộ ổn định áp suất

Nhiệm vụ

Bộ điều chỉnh áp suất được cố định chặt ở cuối ống phân phối Nhiệm vụ của bộđiều áp là duy trì và ổn định độ chênh áp của nhiên liệu trong đường ống theo độ chânkhông cụm ống nạp Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệuphun, nên để lượng nhiên liệu được phun ra chính xác thì mức chênh áp giữa xăngcung cấp đến vòi phun và không gian đầu vòi phun phải luôn luôn giữ ở mức trongkhoảng 2,55÷2,9 kG/cm2 và chính bộ điều chỉnh áp suất bảo đảm trách nhiệm này

Cấu tạo và nguyên lí hoạt động :

áp suất của nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi Khibơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) ấn van (3) đóng lại Kết quả là van mộtchiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đườngống nhiên liệu

2.5.3 Hệ thống điều khiển điện tử

Cấu tạo:

Hình 2.1.4: Sơ đồ cấu tạo cảm biến trục cam

1- Cuộn dây; 2- Thân cảm biến; 3- Lớp cách điện; 4- Giắc cắm

Mạch điện:

Hình 2.1.5: Sơ đồ mạch điện của cảm biến trục cam

b Cảm biến tốc độ động cơ

Nhiệm vụ: Cảm biến tốc độ động cơ được sử dụng để nhận biết tốc độ động cơ, gửi

tín hiệu điện tới ECU Tín hiệu tốc độ động cơ dùng để tính toán hoặc tìm góc đánhlửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xilanh Cảm biến này cũng được dùngvào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừngcưỡng bức

Cấu tạo:

Hình 2.1.6: Cấu tạo cảm biến tốc độ động cơ

1-Cuộn dây; 2- Thân cảm biến; 3-Lớp cách điện; 4-Giắc cắm

Mạch điện:

Hình 2.1.7: Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ động cơ.

c Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Nhiệm vụ: nhận biết nhiệt độ nước làm mát và gửi tín hiệu điện về ECU

Cấu tạo:

Hình 2.1.8: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

1-Điện trở; 2-Thân cảm biến; 3-Chất cách điện; 4-Giắc cắmCảm biến nhiệt độ nước làm mát là một trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn mộtđiện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm Ở động cơ làm mát bằng nước, cảmbiến được gắn ở thân máy, gần bọng nước làm mát Trong một số trường hợp cảm biếnđược lắp trên nắp máy

Nguyên lý hoạt động:

Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Nó được làm

từ vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm)

Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU trên nềntảng cầu phân áp

Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tớicảm biến về ECU rồi về mass Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biếntạo thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tínhiệu tương tự-số ( bộ chuyển đổi A/D) Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảmbiến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi A/D lớn Tín hiệu điện áp được chuyển thành

một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động

cơ đang lạnh Khi động cơ nóng giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp giảm,ECU biết là động cơ nóng

Mạch điện:

Hình 2.1.8: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

d Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt

Nhiệm vụ: nhận biết trực tiếp khối lượng không khí nạp và gửi tín hiệu về ECU.

Tín hiệu lượng khí nạp dùng để tính toán lượng phun cơ bản và góc đánh lửa sớm.Loại này có kết cấu gọn nhẹ, độ bền cao, sức cản không khí do cảm biến tạo ra thấp

Cấu tạo:

Hình 2.1.9: Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt

1-Thân cảm biến; 2-Đầu cắm; 3-Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 4-Dây sấy platin; - Mạch điện:

Hình 2.2: Mạch điện của cảm biến lưu lương khí nạp kiểu dây nhiệt

-

Nguyên lý làm việc:

Dòng điện chạy qua dây sấy làm cho nó nóng lên Khi không khí chạy qua dây sấy,

nó sẽ được làm mát phụ thuộc vào khối lượng không khí nạp vào Bằng cách điềukhiển dòng điện chạy qua dây sấy để giữ cho nhiệt độ của dây không đổi có thể đođược lượng khí nạp bằng cách đo dòng điện

Trong cảm biến lượng khí nạp thực tế, dây sấy được mắc trong mạch cầu

mạch cầu có điện thế tại điểm A, B bằng nhau khi tích điện trở tính theo đườngchéo là bằng nhau Khi không khí đi qua dây sấy Rh bị làm lạnh, điện trở giảm, kếtquả là tạo ra chênh lệch điện thế giữa hai điểm A,B Một bộ khuyếch đại nhận biết sựchênh lệch này làm cho điện áp cấp đến mạch tăng, làm cho nhiệt độ dây sấy lại tăng,kết quả là điện trở tăng cho đến khi điện thế trong mạch cầu cân bằng trở lại

Với tính năng này của mạch cầu, cảm biến có thể đo được khối lượng khí nạp nhờnhận biết điện áp tại điểm B Trong hệ thống này, nhiệt độ dây sấy được thường xuyênduy trì không đổi cao hơn nhiệt độ của khí nạp bằng cách dù ng một nhiệt trở Ra Nhưvậy, khối lượng khí nạp có thể đo một cách chính xác mà không cần phải hiệu chỉnhphun theo nhiệt độ hay theo áp suất khí nạp

e Cảm biến oxy (với thành phần Zirconium)

Nhiệm vụ:

Để chống ô nhiễm, trên các xe có trang bị bộ hoá khử (TWC – three way catalyst)

Bộ hoá khử sẽ hoạt động với hiệu suất cao nhất ở tỷ lệ hoà khí lý tưởng (α=1) Cảmbiến oxy được sử dụng để xác định thành phần hoà khí tức thời của động cơ đang hoạtđộng Nó phát ra một tín hiệu điện thế gửi về ECU để điều chỉnh tỷ lệ hoà khí thíchhợp trong một điều kiện làm việc nhất định (chế độ điều khiển kín)

Cấu tạo:

-

Hình 2.2.1: Cấu tạo cảm biến oxy

1: Đệm dẫn Điện; 2: Thân cảm biến; 3: Chất điện phân khô; 4,5: Điện cực ngoài vàtrong

Nguyên lý hoạt động:

Loại này chế tạo chủ yếu từ chất Zirconium dioxide (ZrO2) có tính chất hấp thụnhững ion oxy âm tính Thực chất cảm biến oxy loại này là một pin có sức điện độngphụ thuộc nồng độ oxy trong khí xả với ZnO2 là chất điện phân Mặt trong ZnO2 tiếpxúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc oxy trong khí xả ở mỗi mặt

ZnO2 được phủ lớp điện cực bằng patin để dẫn điện lớp platin này rất mỏng và xốp

để oxy dễ khuếch tán vào Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệuthì số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn số ion tập trung điện cựctiếp xúc không khí Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo tín hiệu điện áp khoảng600÷900mV Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ hơn trong trườnghợp nghèo xăng, pin oxy phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100400mV

Mạch điện:

-

Hình 2.2.2 sơ đồ cảm biến oxy

f Cảm biến vị trí bướm ga

Nhiệm vụ:

Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng một lúc Và các nam châm này thay đổi

vị trí của chúng Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự thayđổi của vị trí nam châm Và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ các cực VTA1 vàVTA2 theo mức thay đổi này Tín hiệu được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mởbướm ga

Mạch điện:

Hình 2.2.3: Mạch điện của cảm biến vị trí bướm ga

2.5.3.2 Bộ điều khiển trung tâm ECU (electronic control unit)

Tổng quan

Bộ điều khiển, máy tính, ECU hay hộp đen là những tên gọi khác nhau của mạchđiều khiển điện tử trung tâm Nhìn chung, đó là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụdùng để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt độngvà gửi đi tín hiệu điều khiển thích hợp ECU được đặt trong một vỏ kim loại để tảnnhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và nhiệt độ

Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in Các linh kiện, côngsuất của tầng cuối (nơi điều khiển các cơ cấu chấp hành) được gắn với khung kim loạicủa ECU với mục đích tản nhiệt Sự tổ hợp các chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộchia xung, bộ dao động đa hài điều khiển việc chia tần số) giúp

ECU đạt độ tin cậy cao Một đầu ghim đa chấu dùng nối ECU với hệ thống điệntrên xe, với các cơ cấu chấp hành và các cảm biến

Cấu tạo: Bộ xử lý trung tâm bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:

- Bộ điều chỉnh điện áp: cung cấp điện áp 5V, một chiều ổn định cho các mạch trongECU và các cảm biến

- Bộ khuyếch đại: khuyếch đại các tín hiệu nhận được từ cảm biến trước khi đưa chúngvào bộ vi xử lí

- Mạch giao diện đầu ra: tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý sẽ đưa đến các transistor côngsuất điều khiển rơle, solenoid, motor… Các transistor này có thể được bố trí bên tronghay bên ngoài ECU

- Mạch phát xung đồng bộ: đồng bộ các thao tác xử lý và truyền dữ liệu của hệ thốngđiều khiển điện tử