Hcmute nghiên cứu thiết kế, thi công mô hình hệ thống điều khiển động cơ toyota camry 2ar fe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
TOYOTA CAMRY 2AR-FE

MÃ SỐ: T2018 – 20TĐ

SKC 0 0 6 5 2 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2018

Luan van


Mẫu 1TĐ. Trang bìa của báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường trọng điểm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, THI CƠNG
MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

TOYOTA CAMRY 2AR-FE
Mã số: T2018 – 20TĐ

Chủ nhiệm đề tài: GVC Th.S Nguyễn Kim

TP. HCM, Tháng12/Năm 2018

Luan van


Mẫu 2TĐ. Trang bìa phụ của báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường trọng điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ: KHOA CKĐ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, THI CƠNG
MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
TOYOTA CAMRY 2AR-FE
Mã số: T2018 – 20TĐ

Chủ nhiệm đề tài: GVC Th.S Nguyễn Kim
Thành viên đề tài: GVC Th.S Châu Quang Hải
GV Th.S Lê Khánh Tân

TP. HCM, Tháng12/Năm 2018

Luan van


DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU

TT

1

Họ và tên

Nguyễn Kim

Đơn vị công tác và

Nội dung nghiên cứu

lĩnh vực chuyên môn

cụ thể được giao

Khoa CKĐ

Thu thập tài liệu, nghiên cứu kiểm
tra tồn bộ q trình hoạt động, viết
thuyết minh, báo cáo tổng kết

2

Châu Quang Hải

Khoa CKĐ

Kiểm tra điều chỉnh sự hoạt động
của các bộ phận cơ cấu hệ thống trên
mô hình động cơ

3

Lê Khánh Tân

Khoa CKĐ

Thiết kế, thi cơng thiết bị thu thập dữ
liệu, cổng giao tiếp máy tính, Pan

Luan van


MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................................
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .....................................................................................
1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA
ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGỒI NƯỚC .....................................................................
2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..................................................................................

3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ...............................................................................................
4. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................
5. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU .....................................................................
6. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ...........................................
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CÁC BỘ PHẬN,
CHI TIẾT TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 2AR-FE .....................................
1.1 Thông số kỹ thuật động cơ Toyota 2AR-FE ..............................................................
1.2 Các bộ phận chi tiết trên động cơ Toyota 2AR-FE ..................................................
1.2.1 Thân máy ................................................................................................................
1.2.2 Nắp máy ..................................................................................................................
1.2.3 Piston, xéc măng .....................................................................................................
1.2.4 Thanh truyền ..........................................................................................................
1.2.5 Trục khuỷu, trục cân bằng ....................................................................................
1.2.6 Hệ thống điều khiển cơ cấu phân phối khí ..........................................................
1.2.7 Trục cam .................................................................................................................
1.2.8 Hệ thống bôi trơn ...................................................................................................
1.2.9 Hệ thống làm mát ...................................................................................................
1.2.10 Cổ góp nạp ............................................................................................................
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 2AR-FE ......
2.1 Thiết kế, mơ phỏng khung mơ hình trên phần mềm Solidwork..............................
2.2 Thiết kế bản vẽ tấm mica trên phần mềm Solidwork...............................................
2.3 Thi cơng khung mơ hình ..............................................................................................
2.4 Thi cơng lắp ráp động cơ lên khung mơ hình ............................................................
2.5 Thi cơng lắp đặt các thiết bị lên khung mơ hình .......................................................
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TOYOTA 2AR-FE ........
3.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ ...............................................................
3.1.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ ....................................................................

Luan van

3.1.2 Hộp cầu chì và rơ le ...............................................................................................
3.1.3 Chức năng các cảm biến ........................................................................................
3.1.4 Sơ đồ giắc cực ECU ................................................................................................
3.2 Các cảm biến trên động cơ Toyota 2AR-FE..............................................................
3.2.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp .................................................................................
3.2.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp ....................................................................................
3.2.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .........................................................................
3.2.4 Cảm biến vị trí bướm ga (Hall) ............................................................................
3.2.5 Cảm biến vị trí bàn đạp ga ....................................................................................
3.2.6 Cảm biến kích nổ ...................................................................................................
3.2.7 Cảm biến vị trí trục cam (MRE) ..........................................................................
3.2.8 Cảm biến vị trí trục khuỷu ....................................................................................
3.2.9 Cảm biến Oxy .........................................................................................................
3.2.10 Cảm biến tỉ lệ khơng khí/nhiên liệu (A/F) .........................................................
3.3 Các cơ cấu chấp hành trên động cơ Toyota 2AR-FE ...............................................
3.3.1 Hệ thống VVT-i kép ...............................................................................................
3.3.2 Hệ thống thay đổi chiều dài đường ống nạp (ACIS) ..........................................
3.3.3 Hệ thống điều khiển xoáy lốc đường nạp.............................................................
3.3.4 Hệ thống bướm ga điện tử thông minh (ETCS-i) ...............................................
3.2.5 Hệ thống đánh lửa ..................................................................................................
3.2.6 Hệ thống nhiên liệu ................................................................................................
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, THI CÔNG THIẾT BỊ TẠO PAN CHO ĐỘNG CƠ ..........
4.1 Hệ thống Pan cơ khí .....................................................................................................
4.2 Hệ thống Pan điện tử ...................................................................................................
4.2.1 Thiết kế phần cứng ................................................................................................
4.2.2 Thiết kế phần mềm ................................................................................................
CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..........................................
5.1 Hoạt động động cơ Toyota 2AR-FE ...........................................................................

5.2 Ý nghĩa và ứng dụng hệ thống Pan trên động cơ ......................................................
5.3 Quy trình thực nghiệm ................................................................................................
5.4 Giao diện người dùng để thực hiện tạo Pan trên động cơ ........................................
5.5 Bảng công tắc cơ đã được lắp đặt kèm theo ..............................................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................
1. KẾT LUẬN:..................................................................................................................
2. KIẾN NGHỊ: ................................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................

Luan van


DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Động cơ TOYOTA 2AR-FE ..............................................................................
Đường cong hiệu suất động cơ ...........................................................................
Cấu tạo nắp máy .................................................................................................
Cấu tạo thân máy ................................................................................................
Cơ cấu lệch tâm piston .......................................................................................
Cấu tạo piston và xéc-măng ...............................................................................
Thanh truyền và bạc lót thanh truyền .................................................................
Cấu tạo trục khuỷu .............................................................................................
Trục cân bằng .....................................................................................................
Cấu tạo hệ thống VVT-i .....................................................................................
Trục cam nạp và xả ...........................................................................................
Xích truyền động trục cam .................................................................................
Mặt cắt ngang vòi phun dầu ...............................................................................
Sơ đồ đường nước làm mát trên động cơ ...........................................................

Cổ góp nạp và các cơ cấu điều khiển xốy lốc, ACIS .......................................
Mơ phỏng khung gá động cơ trên phần mềm Solidwork ...................................
Thiết kế bản vẽ tấm mica trên phần mềm Solidwork.........................................
Khung mơ hình sau khi thi cơng ........................................................................
Mơ hình được thi cơng lắp ráp động cơ hồn chỉnh .........................................
Hình 3.1.
Hình 3.2.
Hình 3.3.
Hình 3.4.
Hình 3.5.

Các thiết bị được trang bị trên mơ hình..............................................................
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ ............................................................
Sơ đồ vị trí rơ le và cầu chì sau khi thi cơng ......................................................
Sơ đồ mạch nguồn cung cấp cho hệ thống .........................................................
Vị trí các cảm biến trên động cơ ........................................................................
Sơ đồ giắc cực ECU-A24 ...................................................................................

Hình 3.6.
Hình 3.7.
Hình 3.8.
Hình 3.9.
Hình 3.10.
Hình 3.11.
Hình 3.12.
Hình 3.13.
Hình 3.14.
Hình 3.15.

Sơ đồ giắc cực ECU-C24 ...................................................................................

Bộ đo gió dây nhiệt ............................................................................................
Sơ đồ mạch điện bộ đo gió dây nhiệt .................................................................
Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp .....................................................................
Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp ......................................................
Vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát ...............................................................
Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát ...........................................................
Sơ đồ mạch điện và đặc tính điện trở cảm biến nhiệt độ nước làm mát ............
Vị trí cảm biến vị trí bướm ga ............................................................................
Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga ........................................................................

Luan van


Hình 3.16. Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính điện áp cảm biến vị trí bướm ga ...............
Hình 3.17. Cảm biến vị trí bàn đạp ga .................................................................................
Hình 3.18. Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính điện áp cảm biến vị trí bàn đạp ga ............
Hình 3.19. Cấu tạo cảm biến kích nổ ...................................................................................
Hình 3.20. Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ.....................................................................
Hình 3.21. Vị trí cảm biến vị trí trục cam trên động cơ .......................................................
Hình 3.22. Cảm biến vị trí trục cam MRE ...........................................................................
Hình 3.23. Tín hiệu dạng xung của 2 loại cảm biến MRE và điện từ ..................................
Hình 3.24. Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí trục cam nạp, cam xả ..............................
Hình 3.25. Dạng xung của cảm biến vị trí trục cam.............................................................
Hình 3.26. Cảm biến vị trí trục khuỷu..................................................................................
Hình 3.27.
Hình 3.28.
Hình 3.29.
Hình 3.30.
Hình 3.31.
Hình 3.32.

Dạng xung của cảm biến vị trí trục khuỷu .........................................................
Vị trí và cấu tạo cảm biến Oxy và A/F ...............................................................
Sơ đồ mạch điện của cảm biến Oxy và A/F .......................................................
Đường đặc tính cảm biến A/F và cảm biến Ơxy ................................................
Sơ đồ khối điều khiển VVT-i .............................................................................
Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i (bên nạp) .............................................................

Hình 3.33. Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i (bên xả) ...............................................................
Hình 3.34. Van điều khiển dầu phối khí trục cam................................................................
Hình 3.35. Sơ đồ nguyên lý điều khiển sớm hệ thống VVT-i cam nạp ...............................
Hình 3.36. Sơ đồ nguyên lý điều khiển sớm hệ thống VVT-i cam xả .................................
Hình 3.37.
Hình 3.38.
Hình 3.39.
Hình 3.40.
Hình 3.41.
Hình 3.42.
Hình 3.43.
Hình 3.44.
Hình 3.45.
Hình 3.46.
Hình 3.47.
Hình 3.48.
Hình 3.49.

Sơ đồ nguyên lý điều khiển trễ hệ thống VVT-i cam nạp..................................
Sơ đồ nguyên lý điều khiển trễ hệ thống VVT-i cam xả....................................
Sơ đồ hệ thống điều khiển thay đồi chiều dài đường ống nạp ...........................
VSV (van điều khiển chân không) và cơ cấu chấp hành ACIS .........................

Cấu tạo hệ thống thay đổi chiều dài đường nạp .................................................
Hoạt động của van điều khiển khơng khí nạp (đóng) ........................................
Hoạt động của van điều khiển khơng khí nạp (mở) ...........................................
Van điều khiển xốy lốc .....................................................................................
Vị trí hệ thống ETCS-i ......................................................................................
Sơ đồ khối hệ thống ETCS-i ..............................................................................
Cấu tạo hệ thống ETCS-i ...................................................................................
Sơ đồ mạch điện và đặc tính điện áp cảm biến vị trí bướm ga ..........................
Mạch điện điều khiển đóng bướm ga .................................................................

Hình 3.50. Mạch điện điều khiển mở bướm ga ....................................................................
Hình 3.51. Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa ...................................................................

Luan van


Hình 3.52. Cấu tạo Bobin kết hợp Igniter đánh lửa .............................................................
Hình 3.53. Bugi sử dụng cho hệ thống DIS .........................................................................
Hình 3.54. Bơm nhiên liệu và sơ đồ hệ thống nhiên liệu .....................................................
Hình 3.55. Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm nhiên liệu ......................................................
Hình 3.56. Vị trí kim phun trên động cơ ..............................................................................
Hình 3.57. Sơ đồ mạch điều khiển kim phun .......................................................................
Hình 4.1.
Hình 4.2.
Hình 4.3.

Bảng cơng tắc tạo Pan ........................................................................................
Các cụm chức năng Arduino UNO ....................................................................
Hộp điều khiển tạo Pan điện tử với module relay 8 channel .............................

Hình 4.4.
Hình 4.5.

Giao tiếp giữa máy tính và Arduino ...................................................................
Sơ đồ khối truyền tín hiệu ..................................................................................

Hình 4.6.
Hình 4.7.
Hình 4.8.
Hình 4.9.
Hình 4.10.
Hình 4.11.

Sơ đồ khối giao tiếp LabVIEW va Arduino .......................................................
Giao diện chương trình LabVIEW .....................................................................
Mơ hình khối VISA trong LabVIEW .................................................................
Mơ hình khối tạo mảng Build Array ..................................................................
Mơ hình khối Byte Array To String Function ....................................................
Mơ hình khối TCP Listen và TCP Read ............................................................

Hình 4.12. Mơ hình khối TCP Open ....................................................................................
Hình 4.13. Mơ hình khối TCP Write ....................................................................................
Hình 4.14. Mơ hình khối TCP Write và Close .....................................................................
Hình 4.15. Mơ hình khối Elapsed Time ...............................................................................
Hình 5.1.
Hình 5.2.
Hình 5.3.
Hình 5.4.
Hình 5.5.
Hình 5.6.

Hình 5.7.
Hình 5.8.
Hình 5.9.
Hình 5.10.
Hình 5.11.
Hình 5.12.
Hình 5.13.

Giao diện người dùng khi chưa bật (ON) chương trình .....................................
Giao diện người dùng khi đã bật (ON) nhưng chưa nhập mật khẩu ..................
Giao diện người dùng khi đã nhập đúng mật khẩu ............................................
Giao diện người dùng khi nhập Pan IGT1 và thời gian làm bài ........................
Giao diện người dùng khi đã cho phép làm bài .................................................
Giao diện người dùng khi sinh viên đã nộp bài .................................................
Giao diện người dùng khi đã “STOP”................................................................
Giao diện khi mới chạy chương trình chưa cho phép làm bài ...........................
Giao diện khi chạy chương trình chọn COM1(chưa cho phép làm bài) ............
Giao diện khi SV chọn đáp án và nộp bài ..........................................................
Giao diện khi chạy chương trình chọn COM1(chưa cho phép làm bài) ............
Giao diện khi SV chọn xem tài liệu ...................................................................
Giao diện người dùng khi đã hết thời gian làm bài ............................................

Hình 5.14. Bảng công tắc Pan cơ đã tạo Pan .......................................................................

Luan van


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng thông số kỹ thuật động cơ Toyota 2AR-FE ..............................................

Bảng 3.1.
Bảng 3.2.

Bảng ký hiệu, chức năng giắc cực ECU-A24 ....................................................
Bảng ký hiệu, chức năng giắc cực ECU-C24 .....................................................

Bảng 3.3.

Bảng thông số điện trở và điện áp cảm biến nhiệt độ nước ...............................

Luan van


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
ACIS
A/F
DLC3
DLI
DOHC
DIS
ECM
ECT
ECU
ESA
ETCS-i

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Hệ thống điều khiển thay đổi chiều
Acoustic control induction system
dài đường ống nạp
Air fuel ratio
Tỷ lệ khơng khí và nhiên liệu
Data link connector
Giắc cắm kết nối dữ liệu
Distributorless Ignition
Đánh lửa khơng có bộ chia điện
Double Overhead Cam
Trục cam kép
Direction Ignition System
Đánh lửa trực tiếp
Engine Control Module
Module điều khiển động cơ
Engine Coolant Temperature
Nhiệt độ nước làm mát
Engine Control Unit
Hộp điều khiển động cơ
Electronic Spark Advance
Đánh lửa sớm điện tử
Electronic Throttle Control
Hệ thống điều khiển bướm ga điện
System-intelligent
tử thông minh

EVAP

Evaportive

Hệ thống bay hơi nhiên liệu

ISC

Idle Speed Control

Điều khiển tốc độ không tải

MIL
SFI

Malfunction Indicator Light

Đèn báo lỗi

Sequential Fuel Injection

Phun theo thứ tự công tác

TCCS

Toyota Computer Controlled
System

Hệ thống điều khiển bằng máy
tính của Toyota

TDC

Top Dead Center

Điểm chết trên

BDC

Bottom Dead Center

Điểm chết dưới

TRAC

Traction control

Hệ thống điều khiển lực kéo

TWC

Three-way Catalyst

Bộ xúc tác 3 thành phần

VSV

Vacuum Switch Valve

Van chuyển mạch chân không

Dual VVT-i

Dual Variable Valve Timingintelligent

Luan van

Hệ thống phối khí thơng minh kép


BM 08TĐ. Thông tin kết quả nghiên cứu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐƠN VỊ: KHOA CKĐ
Tp. HCM, Ngày 27 tháng 12 năm2018

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển động cơ Toyota
-

Camry 2AR
Mã số: T2018 – 20TĐ
Chủ nhiệm: GVC. ThS Nguyễn Kim
Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh
Thời gian thực hiện: Tháng 3/ 2018 – tháng 12/2018

2. Mục tiêu:
- Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh
viên trong việc thực hành, nghiên cứu hệ thống điện điều khiển động cơ công nghệ mới.

- Giúp cho sinh viên tiếp thu nhanh, tạo điều kiện cho sinh viên nghiên cứu và tiếp cận về lĩnh
vực hệ thống điều khiển công nghệ mới hiện nay.
- Nghiên cứu thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry 2AR (Hệ
thống phun nhiên liệu độc lập, đánh lửa DIS, Điều khiển ga điện tử, VVTi kép). Hệ thống tạo
Pan ứng dụng cơng nghệ IoT
3. Tính mới và sáng tạo:
- Sử dụng hệ thống tạo Pan ứng dụng công nghệ IoT
4. Kết quả nghiên cứu:
- Mô hình hoạt động ổn định các chế độ, đáp ứng tốt yêu cầu đề tài
- Hệ thống tạo Pan hoạt động hiệu quả phục vụ tốt cho công tác giảng dạy, học tập, nghiên cứu
5. Sản phẩm:
- Mơ hình hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry 2AR-FE hoạt động tốt ở các chế độ
- Thiết bị tạo Pan được điều khiển tư xa ứng dụng công nghệ IoT
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
- Phục vụ tốt trong công tác đào tạo, nghiên cứu cho sinh viên
- Mơ hình đạt hiệu quả cao, linh hoạt, tiết kiệm, trực quan sinh động. Phương thức chuyển giao
với đầy đủ các thông số và tài liệu kèm theo. Áp dụng tốt cho các cơ sở đào tạo ngành công
nghệ kỹ thuật ô tô.
Trưởng Đơn vị
(ký, họ và tên)

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

Luan van


BM 09TĐ. Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
- Project title: Research design and construction model of Toyota Camry 2AR motor control
-

system
Code number: T2018 – 20TĐ
Coordinator: Senior Lecturer. Master Nguyen Kim
Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technical Education
Duration: from March 2018 to December 2018

2. Objective(s):
- In order to serve the teaching work and create favorable conditions for teachers to guide
students in the practice and research of electric systems to control new technology engines.
- Help students learn quickly, create conditions for students to research and access the field of
new technology control system.
- Research, design and construction of Toyota Camry 2AR engine control system model
(Independent fuel injection system, DIS ignition, Electronic throttle control, Dual VVTi). Pan
creation system applies IoT technology
3. Creativeness and innovativeness:
- Using Pan creation system to apply IoT technology
4. Research results:
- The model works stably in the regimes, meeting the requirements of the topic well
- Pan creation system works effectively to serve teaching, studying and researching
5. Products:
- Model of Toyota Camry 2AR-FE engine control system works well in all modes
- The remote controlled Pan device is far from using IoT technology
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
- Serve well in training and research for students
- High efficiency, flexible, economical and intuitive model. Transfer method with full parameters

and attached documents. Good application for automotive engineering industry training
institutions.

Luan van


1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA
ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGỒI NƯỚC
1.1. Ngồi nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài
trên thế giới, liệt kê danh mục các cơng trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài
được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)
Hiện nay lãnh vực về công nghệ điều khiển động cơ bằng điện tử trên thế giới đang
phát triển rất mạnh mẽ, nó được ứng dụng hầu hết trên các loại ơtơ và cơng nghệ mới
được ứng dụng . Trong đó việc đào tạo kiểm tra chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ
rất quan trọng . Ở nước ngoài, để đào tạo kỹ thuật viên chẩn đốn hệ thống điện thì hầu
như người ta sử dụng phần mềm mô phỏng chứ khơng sử dụng mơ hình, ngồi ra cơng
việc thu thập dữ liệu khảo nghiệm về hệ thống sử dụng trên các thiết bị chuyên dùng rất
đắc tiền và trang bị rất ít để phục vụ cơng tác đào tạo.. Ngồi ra các công nghệ mới ứng
dụng trên ô tô cũng được bảo mật. Vì vậy trong việc đào tạo sẽ làm kỹ thuật viên khó
lịng hình dung và làm quen khi thao tác thực tế trên xe cũng như tiếp cận cơng nghệ mới.
1.2. Trong nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở
Việt Nam, liệt kê danh mục các cơng trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài
được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)
Hiện nay, trường ta chế tạo rất đa dạng và nhiều chủng loại các mô hình hệ thống
điện điều khiển động cơ nhưng chỉ thực hiện trên động cơ phun xăng điện tử đời cũ, chưa
có mơ hình nào về hệ thống điều khiển động cơ cơng nghệ mới vì vậy việc nghiên cứu
mơ hình về hệ thống điều khiển động cơ tiếp cận với cơng nghệ mới thì rất hạn chế nên
việc giảng dạy và học tập sinh viên gặp nhiều khó khăn. Một số các nghiên cứu về lĩnh
vực công nghệ mới như điều khiển bướm ga thông minh, hệ thống thay đổi thời điểm
đóng mở supap cịn riêng lẽ, chưa đồng bộ . Hiện nay Trường ta đang hợp tác với hãng

Toyota trong đào tạo và vừa qua hãng đã tài trợ động cơ mới, hiện đại trong đó có động
cơ Toyota Camry 2AR-FE 2010. Tuy nhiên động cơ chưa trang bị hệ thống điều khiển
nên khơng hoạt động được. Ngồi ra một số các mơ hình đã được thực hiện ở các cơ sở
đào tạo cũng chủ yếu quan sát trực quan các cơ cấu, bộ phận hệ thống. Vì vậy nhằm đáp
ứng tốt cho nhu cầu đào tạo hiện nay trong lĩnh người nghiên cứu đã chọn đề tài nghiên
cứu, thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry 2AR-FE đồng
thời triển khai ứng dụng công nghệ thông tin để xuất được các dữ liệu thơng số cơ bản
kết nối máy tính nhằm phục vụ tốt cho công tác đào tạo.

Luan van


1.3. Danh mục các cơng trình đã cơng bố thuộc lĩnh vực của đề tài của chủ nhiệm
và những thành viên tham gia nghiên cứu (họ và tên tác giả; bài báo; ấn phẩm; các
yếu tố về xuất bản).
- Đề tài NCKH cấp trường: Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Kim: Thiết kế, lắp ráp mạch đánh
lửa transistor ( Igniter ) dùng cho môn học thực tập động cơ I ( T2014 ) – Bài báo Nội san
Khoa CKĐ
- Đề tài NCKH cấp trường: Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Kim: Nghiên cứu, thiết kế chế
tạo mơ hình các loại van tự động điều chỉnh tốc độ không tải động cơ ( ISC ) ( T2015 ) –
Bài báo Nội san Khoa CKĐ
- Đề tài NCKH cấp trường: Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Kim: Nghiên cứu, thiết kế lắp
ráp mạch kiểm tra các tín hiệu cơ bản trên động cơ sử dụng LED ( T2016 ) – Bài báo Nội
san Khoa CKĐ
- Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm năm 2017: Nghiên cứu, thiết kế thi cơng mơ hình
triển khai hệ thống điều khiển động cơ diesel điện tử - common rail.
Mã số:(T2017-39TĐ) – Bài báo Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Chủ trì: Nguyễn Kim. Tham gia: Châu Quang Hải- Lê Khánh Tân
2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay các mơ hình hệ thống điện điều khiển động cơ chủ yếu các hệ thống về
điều khiển đánh lửa và nhiên liệu cũng như các cảm biến nhiều chủng loại nhưng chủ yếu
được thực hiện cho động cơ đời cũ chưa theo kịp phát triển công nghệ hiện nay trên thị
trường . Hiện nay trường ta chưa có mơ hình về hệ thống điều khiển động cơ cơng nghệ
mới. Vì vậy trong quá trình thực tập hệ thống điều khiển động cơ đối với động cơ gặp
nhiều khó khăn trong việc tiếp cận lĩnh vực công nghệ mới cũng như các nghiên cứu các
cảm biến, cơ cấu chấp hành trên động cơ hiện nay và việc giảng dạy cũng gặp nhiều hạn
chế... Do đó, việc nghiên cứu thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển động cơ
Toyota Camry 2AR thực hiện là rất cần thiết, nhất là trong lãnh vực đào tạo kỹ sư công
nghệ của Trường ta.
3. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
- Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên
hướng dẫn sinh viên trong việc thực hành, nghiên cứu hệ thống điện điều khiển động cơ
công nghệ mới.
- Giúp cho sinh viên tiếp thu nhanh, tạo điều kiện cho sinh viên nghiên cứu và tiếp cận
về lĩnh vực hệ thống điều khiển công nghệ mới hiện nay.

Luan van


- Nghiên cứu thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry
2AR (Hệ thống phun nhiên liệu độc lập, đánh lửa DIS, Điều khiển ga điện tử, VVTi kép).
Hệ thống tạo Pan ứng dụng công nghệ IoT
4. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1. Cách tiếp cận
14.1. Cách tiếp cận
- Nguyên lý hoạt động các cảm biến, ECU, cơ cấu chấp hành trên hệ thống điều khiển
động cơ Toyota Camry 2AR-FE
- Các khối, bo mạch trên thị trường và lập trình để thu thập dữ liệu, kết nối máy tính tạo
hệ thống Pan điều khiển từ xa.

4.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thiết kế thi công.
- Phương pháp bố trí thực nghiệm.
5. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
5.1. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống điều khiển động cơ phun xăng điện tử
- Các phần mềm và bo mạch thu thập dữ liệu
5.2. Phạm vi nghiên cứu:
- Hệ thống điều khiển động cơ phun xăng điện tử Toyota Camry 2AR-FE
- Thiết bị thu thập các dữ liệu cơ bản trên động cơ cho hệ thống pan
6. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN
6.1. Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống điện điều khiển động cơ phun xăng điện tử.
- Nghiên cứu về hoạt động các cảm biến, ECU, cơ cấu chấp hành trên động cơ
- Nghiên cứu thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống điện điều khiển động cơ Toyota Camry
2AR-FE, hệ thống thơng tin và cổng kết nối máy tính .
- Nghiên cứu về hệ thống Pan áp dụng công nghệ IoT
6.2. Tiến độ thực hiện:
- Thu thập tài liệu: 1 tháng
- Thiết kế, thi cơng mơ hình: 6 tháng
- Thử nghiệm hệ thống: 2 tháng
- Thu xuất dữ liệu và kết nối máy tính, hệ thống Pan: 2 tháng
- Viết thuyết minh, báo cáo: 1 tháng

Luan van


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CÁC BỘ PHẬN, CHI

TIẾT TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 2AR-FE

Hình 1.1: Động cơ Toyota 2AR-FE
Động cơ 2AR-FE của hãng Toyota là động cơ xăng có 4 xy lanh thẳng hàng, dung
tích xy lanh 2.5 lít, trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn động bằng xích, hệ thống phân
phối khí van biến thiên thông minh kép Dual VVT-i, hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS, hệ
thống điều chỉnh biến thiên chiều dài đường ống nạp ACIS, hệ thống điều khiển bướm ga
điện tử thông minh ETCS-i. Động cơ này được phát triển để đạt được hiệu suất cao, êm
dịu, tiết kiệm nhiên liệu và khí thải sạch hơn.

Luan van


1.1.

Bảng thông số kỹ thuật động cơ Toyota 2AR-FE
Số xy lanh và cách bố trí

4 xy lanh, thẳng hàng

Dung tích [cm3]

2494 cm3

Đường kính xy lanh x hành trình piston

90.0 × 98.0 mm

Tỷ số nén

10.4 : 1

Cơ cấu phân phối khí

DOHC 16 xupáp truyền động xích (với hệ
thống VVT-i kép)

Hệ thống nhiên liệu

SFI

Hệ thống đánh lửa

DIS

Công suất tối đa

134 kW tại 6000 rpm

Moment xoắn tối đa

235 N.m tại 4100 rpm

Thời điểm
phối khí

Nạp
Xả

Mở

30 ~ 530 BTDC

Đóng

610 ~ 110 ABDC

Mở

600 ~ 200 BBDC

Đóng

40 ~ 440 ATDC

Thứ tự đánh lửa

1-3-4-2

Dầu bôi trơn

API SM, SL hay ILSAC

Trọng lượng tham khảo

147

Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật động cơ Toyota 2AR-FE

Hình 1.2: Đường cong hiệu suất động cơ

Động cơ đạt công suất cực đại 134 kW tại 6000 vòng/phút và momen xoắn cực đại
35 N.m tại 4100 vòng/phút.

Luan van


Các bộ phận, chi tiết trên động cơ Toyota 2AR-FE
1.2.1. Nắp máy
Nắp máy được làm bằng nhôm kết hợp với thân máy tạo ra buồng đốt kiểu vát

1.2.

nghiêng hình cơn. Bugi được đặt ở giữa buồng đốt để có thể hạn chế hiện tượng kích nổ.
Buồng đốt hình cơn giảm khả năng xảy ra kích nổ, cải thiện hiệu suất động cơ và tiết
kiệm nhiên liệu.
Kim phun nhiên liệu loại dài được gắn trong nắp máy để làm giảm khoảng cách kim
phun đến xupap nạp, theo đó sẽ làm giảm sự bám nhiên liệu lên thành cổ góp nạp và
giảm nồng độ HC trong khí xả.

Hình 1.3: Cấu tạo nắp máy
1.2.2. Thân máy
Dòng nước làm mát chảy qua các lỗ được gia công trên thân máy giữa 2 xy lanh.
Cấu trúc này làm cho nhiệt độ giữa các thành xy lanh đồng nhất với nhau.
Mặt ngồi ống lót xy lanh được làm nhám, nhằm mục đích tăng diện tích tiếp xúc
với nước làm mát động cơ, làm tăng hiệu suất làm mát. Ngồi ra cịn giúp ống lót xy lanh
bám chặt vào thân máy.
Đường ống dầu thiết kế nằm trong các-te, điều này làm giảm công cản của trục
khuỷu với dầu bôi trơn, giảm bớt lực cản khi trục khuỷu chuyển động.
Lọc dầu bôi trơn được đặt sâu bên trong các-te.

Luan van


Hình 1.4: Cấu tạo thân máy
Động cơ sử dụng cơ cấu piston lệch tâm, tâm piston lệch so với tâm trục khuỷu 10
mm (0.39 inch) về phía hệ thống thải. Vì thế, giảm lực ngang khi áp suất bên trong xy
lanh đạt tối đa, góp phần làm tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu.

Hình 1.5 : Cơ cấu lệch tâm piston

Luan van


1.2.3. Piston, xéc măng
- Piston được làm từ hợp kim nhôm và phần thân được thiết kế nhỏ gọn.
- Đầu piston làm lõm xuống để cải thiện hiệu quả đốt cháy nhiên liệu.
- Phần thân piston được bao phủ bởi 1 lớp nhựa để làm giảm ma sát.
- Rãnh xéc-măng được phủ oxit anodic để tăng khả năng chịu tải và chống mài mịn.
- Xéc-măng được chế tạo có độ căng thấp để giảm ma sát và đạt được mức tiết kiệm
nhiên liệu tối ưu. Chiều rộng xéc-măng được làm hẹp để giảm khối lượng và ma sát.
- Xéc-măng khí số 1 được chế tạo với mặt công tác được vát côn và được phủ 1 lớp PVD
(Physical Vapor Deposition) nhằm cải thiện khả năng chịu mài mịn.

Hình 1.6: Cấu tạo piston và xéc-măng
1.2.4. Thanh truyền
- Thanh truyền và nắp đầu to thanh truyền được làm từ hợp kim thép.
- Bu lông thanh truyền được siết theo kiểu biến dạng dẻo.
- Bạc lót thanh truyền được làm giảm chiều rộng để giảm ma sát.
- Bề mặt của bạc lót thanh truyền được khắc những rãnh dầu bôi trơn siêu nhỏ để tạo tối
ưu khoảng trống cho dầu bôi trơn, nâng cao khả năng làm mát trục khuỷu và giảm sự

rung động của động cơ.

Hình 1.7: Thanh truyền và bạc lót thanh truyền

Luan van


1.2.5. Trục khuỷu - trục cân bằng
- Trục khuỷu được làm từ hợp kim thép, gồm có 5 cổ trục, 8 đối trọng và 1 bánh răng dẫn
động trục cân bằng.
- Bạc lót trục khuỷu được làm giảm chiều rộng để giảm ma sát.
- Bề mặt của bạc lót trục khuỷu được khắc những rãnh dầu bôi trơn siêu nhỏ để tạo tối ưu
khoảng trống cho dầu bôi trơn, nâng cao khả năng làm mát trục khuỷu và giảm sự rung
động của động cơ.

Hình 1.8: Cấu tạo trục khuỷu
*Trục cân bằng
- Trục cân bằng được sử dụng để làm giảm dao động.
- Trục khuỷu trực tiếp kéo bánh răng cân bằng số 1.
- Thêm vào đó, một bánh răng chủ động được làm bằng nhựa nằm gần phía đầu trục cân
bằng để giảm khối lượng động cơ và giảm tiếng ồn.
- Trong động cơ 4 xy lanh thẳng hàng, góc trục khuỷu cho xy lanh số 1 - 4 đặt lệch với xy
lanh 2 - 3 một góc 180°. Do đó, lực qn tính của piston và thanh truyền của xy lanh 1 - 4
và xy lanh 2 - 3 gần như triệt tiêu lẫn nhau. Tuy nhiên, do vị trí mà piston đạt đến vận tốc
cực đại nằm gần về phía điểm chết trên nên lực quán tính hướng lên lớn hơn lực quán
tính hướng xuống. Lực quán tính không cân bằng cấp 2 này được sinh ra hai lần trong
mỗi một vòng quay của trục khuỷu.
- Để triệt tiêu lực qn tính khơng cân bằng cấp 2 này, hai trục cân bằng được quay hai
vòng trong mỗi một vòng quay của trục khuỷu và tạo ra lực quán tính ngược với hướng
chuyển động của piston. Để triệt tiêu lực qn tính do trục cân bằng tạo ra, thì cả hai trục

cân bằng phải quay ngược chiều nhau.

Luan van


Hình 1.9: Trục cân bằng
1.2.6. Hệ thống điều khiển cơ cấu phân phối khí
- Hệ thống VVT-i được sử dụng để cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và hiệu năng động cơ,
giảm lượng khí thải.- Trục cam nạp và xả được dẫn động bởi dây xích.
- Ổ bi đũa được sử dụng trong cò mổ để giảm ma sát giữa các mấu cam và các vùng đẩy
xupap xuống, nhằm cải thiện tính kinh tế nhiên liệu.

Hình 1.10: Cấu tạo hệ thống VVT-i

Luan van


1.2.7. Trục cam
- Trục cam nạp và xả đều có đường dầu để cung cấp dầu động cơ tới hệ thống VVT-i.
- Mỗi trục cam nạp và xả đều có bộ điều khiển VVT-i để thay đổi được nhiều thời điểm
phối khí ở xupap nạp và xả.Mấu cam được thiết kế với với biên dạng Indented R iúp tăng
độ nâng xupap khi xupap bắt đầu mở và đóng, giúp cải thiện cơng suất động cơ.

Hình 1.11: Trục cam nạp và xả
- Đĩa rotor của bộ cảm biến vị trí trục cam được đặt ở cuối trục cam nạp và xả.
- Dây xích cam có bước xích là 9.525mm.
- Bộ căng xích dùng lị xo và áp suất dầu để căng xích, giảm tiếng ồn do xích phát ra.

Hình 1.12: Xích truyền động trục cam

Luan van


1.2.8. Hệ thống bơi trơn
Vịi phun dầu: sử dụng để phun dầu làm mát và bôi trơn cho piston, thành xy lanh.
Trong các vịi phun có lắp van một chiều tránh trường hợp dầu đi qua với áp suất thấp.
Nó ngăn ngừa áp suất dầu qua chậm và tụt giảm đột ngột.

Hình 1.13: Mặt cắt ngang vịi phun dầu

1.2.9. Hệ thống làm mát
- Van hằng nhiệt nằm trên đường nước vào để duy trì nhiệt độ thích hợp cho hệ thống.
- Vỏ két nước được làm bằng nhôm để giảm khối lượng.
- Dòng chảy của nước làm mát động cơ tạo ra một vòng quay chữ U trong thân xy lanh
để đảm bảo dòng chảy của nước làm mát động cơ trơi chảy.
- Dịng nước ấm của nước làm mát đưa đến bộ bướm ga để chống đóng băng bướm ga.

Hình 1.14: Sơ đồ đường nước làm mát trên động cơ

Luan van