NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA BẰNG HỘP ECU NISSAN

Nguyễn Minh Đức
LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp, chúng em đã nhận được sự
giúp đỡ chân thành và hết sức tận tình của thầy Trương Thái Minh, thầy là
cầu nối quan trọng giúp đỡ tận tình cho chúng em về mặt kiến thức, về tác
phong làm việc của một cử nhân tương lai. Thầy luôn có những đánh giá và
góp ý kiến hết sức chân thành về những sai sót mà chúng em mắc phải trong
quá trình thực hiện đề tài, tận tâm tạo mọi điều kiện cho chúng em sửa chữa
những khuyết điểm để chúng em rút ra những bài học kinh nghiệm quý giá
cho bản thân.
Chúng em cũng không quên gửi lời tri ân của mình đến quí thầy cô của
khoa Cơ Khí Động Lực. Chính quí thầy là tấm gương sáng giúp chúng em
hoàn thiện về phẩm chất và kiến thức trong suốt ba năm học tại trường Cao
Đẳng Công Thương TP Hồ Chí Minh.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè, những
người đã luôn giúp đỡ, động viên chúng em trong quá trình học tập.
Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức còn hạn chế nên chúng em
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em xin quí thầy lượng thứ và
kính mong sự góp ý quí báu của quí thầy cô.
1
Nguyễn Minh Đức
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
TÓM TẮT
Ở nước ta, hệ thống phun xăng xuất hiện trên ô tô ngày càng nhiều. Tuy
nhiên do nhiều nguyên nhân, trình độ kĩ năng của đội ngũ bảo dưỡng, sửa
chữa hệ thống này hiện nay chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế.
Chính vì vậy, việc chế tạo mô hình động cơ phun xăng và đánh lửa bằng
hộp ECM phục vụ công tác giảng dạy thực hành là một công việc thiết thực
và cấp bách.
2

Nguyễn Minh Đức
Để thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã nghiên cứu cấu trúc và ưu nhược
điểm của các mô hình đã có, cấu trúc hệ thống phun xăng, đánh lửa dùng
delco quang điều khiển bằng hộp ECM, chọn mẫu động cơ thực hiện.
Như chúng ta đã biết, hệ thống phun xăng trực tiếp và đánh lửa thông
qua hộp ECM để điều khiển phun xăng, đánh lửa đúng thời điểm nhằm tiết
kiệm nhiên liệu, tăng hiệu suất động cơ. Cho đến nay, chưa có mô hình
giảng dạy nào cho phép sinh viên có điều kiện quan sát mô hình một cách
trực quan, sâu sắc và thực tế toàn bộ hệ thống điện và điện tử trên đông cơ.
Đặc biệt là hệ thống phun xăng trực tiếp, đánh lửa dùng delco quang điều
khiển bằng hộp ECM. Vì thế, nhiệm vụ đặt ra của đề tài là thiết kế chế tạo
một mô hình giảng dạy hệ thống phun xăng, đánh lửa dùng delco quang điều
khiển bằng hộp ECM mang tính trực quan, giải quyết được các nhược điểm
của các mô hình hiện có, phục vụ công tác giảng dạy thực hành cho sinh
viên chuyên ngành công nghệ ô tô.
Đề tài đã thực hiện những nội dung sau:
• Chọn động cơ phun xăng, đánh lửa dùng delco quang điều khiển bằng
hộp ECM.
• Thiết kế, lắp đặt động cơ trên mô hình.
• Thử nghiệm hoạt động của mô hình kết hợp với máy chẩn đoán
OBD1.
• Thiết kế các bài tập thực hành cho mô hình.
3
Nguyễn Minh Đức
• Sau một thời gian nghiên cứu, tất cả các nội dung đề ra đã được hoàn
thành. Kết quả là lần đầu tiên một mô hình dạy học mang tính đột phá
và sáng tạo đã được chế tạo thành công với giá thành thấp.
CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài
– Bước vào thế kỉ 21 với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và

nhu cầu học tập của con người ngày càng cao. Do vậy, đổi mới
phương pháp dạy học là yêu cầu cấp bách, dựa trên những quan điểm
phát huy tính tích cực của người học , đề cao vai trò tự học kết hợp
với sự hướng dẫn của giáo viên đang được áp dụng rộng rãi. Sự phát
triển này đã làm thay đổi không chỉ cách giảng mà còn thay đổi cả quá
trình tổ chức dạy học, ứng dụng công nghệ trong dạy học. Điều này
khắc phục được nhược điểm của phương pháp cũ, đây cũng là chủ
trương giáo dục của nhà nước ta hiện nay :Đổi mới mạnh mẽ nội dung
và phương pháp dạy học, học tập, chú trọng chất lượng không chạy
theo số lượng và bệnh thành tích Vì vậy việc nghiên cứu và chế tạo
4
Nguyễn Minh Đức
mô hình phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập ngành Cơ Khí
Động Lực là nhiệm vụ cấp bách hiện nay
– Mô hình của chúng tôi được thiết kế dựa trên phần động cơ và phần sa
bàn với đầy đủ các hệ thống điện, cảm biến cần thiết của động cơ.
Ngoài ra còn có các bài tập mẫu được thiết kế dưới dạng phiếu thực
hành giúp cho việc giảng dạy và học tập trên mô hình đạt kết quả cao
nhất
– Chính vì vậy nhóm nghiên cứu quyết định chọn đồ án “Thiết kế, lắp
đặt và khai thác mô hình động cơ phun xăng và đánh lửa bằng hộp
ECU Nissan”.
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu
– Tìm hiểu chuyên sâu động cơ phun xăng – đánh lửa
– Phục vụ cho công tác giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên
hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập
– Giúp sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào thực hành
– Sinh viên có điều kiện quan sát mô hình một cách trực quan, dễ cảm
nhận được hình dạng và vị trí của các chi tiết trên động cơ

– Giúp sinh viên dễ dàng kiểm tra và đo đạc các thông số của hệ thống
phun xăng đánh lửa trên động cơ
– Giúp sinh viên tiếp thu bài tốt hơn
1.2.2.Nhiệm vụ
5
Nguyễn Minh Đức
– Thiết kế lắp đặt và khai thác, chế tạo mô hình động cơ phun xăng và
đánh lửa NISSAN
– Khái quát các hệ thống trên động cơ
– Thiết kế các bài tập thực hành phục vụ cho việc học trên mô hình này.
1.3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
– Mô hình hệ thống phun xăng- đánh lửa là công cụ học tập cần thiết để
sinh viên có điều kiện nhận thức và có những hiểu biết thực tế hơn.
Dựa vào mô hình, sinh viên có thể thực hành các bài kiểm tra, nghiên
cứu chẩn đoán hư hỏng các chi tiết trên mô hình
– Giúp ích cho việc giảng dạy môn thực tập động cơ xăng
1.4. Phạm vi giới hạn của đề tài
– Phục vụ cho việc học tập của sinh viên tại trường
– Biên soạn tài liệu hướng dẫn hệ thống bài tập thực hành trên mô hình
động cơ
– Thiết bị chẩn đoán mã lỗi kết hợp với động cơ để chuẩn đoán lỗi trên
động cơ
6
Nguyễn Minh Đức
CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
7
Nguyễn Minh Đức
2.1. Khái niệm, vấn đề lý thuyết
2.1.1 Hệ thống phun xăng điện tửTốc độ động cơ
Tải động cơ (MAP)

Nhiệt độ nước làm mát
Nhiệt độ khí nạp
Nhiệt độ nhiên liệu
Vò trí bướm ga
Cảm biến oxy
Điện áp accu
Các cảm biến khác
Kim phun nhiên liệu
E
C
8
Nguyễn Minh Đức
U
Hệ thống chẩn đoán
Hệ thống đánh lửa
Điều khiển cầm chừng
INPUT (SENSORS)
OUTPUT (ACTUATORS)
 Mơ tả:
Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống phun xăng điện tử
– Động cơ phun xăng điện tử EFI gồm 4 xy lanh đặt thẳng hàng, thứ tự
kì nổ 1-3-4-2
– Là động cơ đánh lửa nhờ vào sự phân phố của bộ chia điện, có một bơ
bin và IC đánh lửa đặt ngồi
– Hệ thống EFI tính tốn thời gian phun cơ bản dựa và hai tín hiệu:tín
hiệu lượng khí nạp từ cảm biến lưu lượng khí nạp và tín hiệu tốc độ
động cơ
– Cấu tạo chung của hệ thống phun xăng điện tử bao gồm các cảm biến,
bộ vi xử lý trung tâm và các cơ cấu chấp hành.
– Ưu nhược điểm của hệ thống phun xăng

+ Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xi lanh.
9
Nguyễn Minh Đức
+ 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 hợp
khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc.
+ Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí - nhiên liệu cao.
Sơ đồ bố trí các cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử:
Hình 2.2 Sơ đồ bố trí các cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử:
10
Nguyễn Minh Đức
– Trong hệ thống phun xăng điện tử, chế độ làm việc của động cơ không
chỉ phụ thuộc vào bàn đạp ga mà còn phụ thuộc vào các trạng thái môi
trường làm việc nhiệt độ nước), phụ tải (có bật điều hà hay không),
mức độ và thành phần khí thải (cảm biến oxy), số vòng quay của trục
khuỷu động cơ, trục cam (cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam), lưu
lượng không khí (cảm biến lưu lượng khí), áp suất đường ống nạp
(cảm biến áp suất đường ống nạp)…
– Do đó, hỗn hợp không khí được pha trộn theo tỷ lệ hợp lí hơn, giúp
cho quá trình cháy hoàn hảo hơn. Chính lí do đó mà động cơ có hệ
thống phun xăng điện tử sẽ tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi
trường hơn với động cơ có hệ thống cung cấp nhiên liệu thong
thường.
2.1.2 Hệ thống điều khiển điện tử
 Tổng quát
– Hệ thống điện điều khiển bao gồm các cảm biến để xác định tình trạng

làm việc của Động cơ. ECU tính toán thời điểm và thời gian phun sao
cho phù hợp với các tín hiệu từ các cảm biến gửi về
– Các cảm biến gửi tín hiệu về ECU,sau đó ECU sẽ hiệu chỉnh thời gian
phun và gửi tín hiệu tới các kim phun, các kim phun sẽ phun nhiên
liệu và đường ống nạp,lượng nhiên liệu phun tùy thuộc vào thời gian
tín hiệu gửi từ ECU
11
Nguyễn Minh Đức
2.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng delco quang
2.2.1 Nhiệm vụ và phân loại cảm biến quang
2.2.2 Nhiệm vụ
– Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không vít điều khiển, cảm biến đánh
lửa sẽ thay thế vít điều khiển và làm nhiệm vụ tạo ra hoặc làm mất tín
hiệu điện áp hoặctín hiệu dòng vào đúng thời điểm đánh lửa để gởi về
igniter điều khiển các transitor công suất đóng hoặc mở.
– Ngoài công dụng trên, các cảm biến quang còn có thể dùng để xác
định số vòng động cơ, vị trí cốt máy, thời điểm phun của kim phun.
2.2.3 Phân loại
– Hệ thống đánh lửa cảm biến quang thường được chia ra 2 loại chính:
dạng xung loại 4/360(loại 4 lổ, 360 vạch). Dạng xung loại 1/4(1 lổ 4
vạch).
 Dạng xung loại 4/360(4 lổ 360 vạch)
– Tín hiệu G: loại này ó 4 lổ trên đĩa cảm biến, bằng với số xylanh động
cơ, lỗ rộng hơn được đánh dấu vị trí piston máy số 1. Trong đó mỗi lổi
cách nhau 1800 tương ứng với hai vòng quay trục khuỷu động cơ.
– Tín hiệu Ne: trên đĩa ảm biến được khắc 360 vạch, mỗi vạch cách
nhau 2
0
tương ứng với hai vòng quay trục khuỷu động cơ
12

Nguyễn Minh Đức
Hình 2.3 : Biểu diễn dạng xung loại 4/360
Hình 2.4 Tín hiệu xung của cảm biến quang
13
Nguyễn Minh Đức
Hình 2.5 Cảm biến quang
– Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt
quãng làm phần tử cảm quang ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông
dùng làm điều khiển đánh lửa
14
Nguyễn Minh Đức
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc của cảm biến quang
– Cảm biến bao gồm 3 cuộn dây: một đầu dương(Vcc), một đầu tín hiệu
(Vout) và một đầu mass. Khi đĩa cảm biến chắn ánh sáng từ LED qua
photo diode D2, D2 không dẫn, điện áp tại ngõ vào (+) sẽ thấp hơn
điện áp so sánh Us ở ngõ vào (-) trên Op-anp A nên ngõ ra của Op-
amp A không có tín hiệu làm transistor T ngắt tức Vout đang ở mức
cao. Khi có ánh sáng chiếu vào diode D2, D2 dẫn, điện áp ngõ vào
(+ ) sẽ lớn hơn điện áp so sánh Us và điện áp ngõ ra của Op-amp A ở
mức cao, làm transistor T dẫn, lúc này Vout lập tức chuyển sang mức
thấp. Đây chính là thời điểm lửa. Xung điện áp tại Vout là xung vuông
gởi đến Igniter để điều khiền transistor công suất.
15
Nguyễn Minh Đức
2.2.5 Nguyên lí làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm
biến
quang
Hình 2.7 Hệ thống đánh lửa cảm biến quang
– Cảm biến quang được đặt trong delco phát tín hiệu đánh lửa gởi về
igniter để điều khiển đánh lửa. Khi đĩa cảm biến ngăn dòng ánh sáng

từ led D1 phát ra truyền đến photo transisor T1 bị ngắt. Khi T1 ngắt,
các transistor T2, T3, T4 ngắt, T5 dẫn, cho dòng qua cuộn sơ cấp về
mass. Khi đĩa cảm biến cho dòng ánh sáng đi qua, làm T1 dẫn, T2, T3,
T4 dẫn, T5 ngắt. Dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột sẽ tạo ra một sức điện
động cảm ứng lên cuộn thứ ấp một điện áp cao áp và đưa đến bộ chia
điện, đưa dòng cao áp đến các bugi đánh lửa.
16
Nguyễn Minh Đức
2.3 Thiết bị chẩn đoán mã lỗi OBD1:
– OBD (viết tắt của cụm từ On-Board Diagnostic) là hệ thống chẩn
đoán lỗi điện tử tự động thiết kế ngay trong bo mạch chủ của hộp đen
điều khiển (ECM) riêng theo từng loại xe. Hệ thống này trang bị hầu
hết trên các ô tô hiện nay.
Từ những năm 1980, các nhà chế tạo ô tô đã bắt đầu sử dụng các vi
mạch điện tử để giám sát và chẩn đoán các vấn đề hư hỏng của động cơ ô tô.
Vì tính ưu việt của nó qua nhiều năm sử dụng, OBD trở thành một tiêu
chuẩn bắt buộc trang bị trên các ô tô hiện đại. Năm 1996, có một chuẩn
OBD chung quốc tế mới trong thế giới ô tô ra đời là OBD thế hệ thứ
2 (OBD-II). Theo quy chuẩn, hệ thống OBD-II có khả năng cung cấp hầu hết
các thông tin như: động cơ, khung gầm, thân xe, hệ thống an toàn và các
thiết bị phụ trợ cũng như hệ thống mạng thông tin điều khiển trên ô tô.
Thông tin chẩn đoán sẽ được lưu vào bộ nhớ bên trong ECU dạng mã lỗi 5
ký tự. Mức độ chẩn đoán và thông tin chi tiết phụ thuộc chủ yếu vào mức độ
trang bị của hệ thống cảm biến và ECU trên mỗi loại xe.
2.3.1Chức năng:
– Xác định chính xác, chi tiết và vị trí sai hỏng của dộng cơ.
– Đọc và xóa mã lỗi trong ECM.
– Khởi tạo lại ECM trở về nguyên bản thông số của nhà sản xuất.
– Tắt đèn báo lỗi( Check Engine Light).
– Tra cứu vị trí lỗi trên xe, gợi ý sữa chữa, tư vấn khắc phục.

2.3.2. Phạm vi ứng dụng:
17
Nguyễn Minh Đức
– Không phải là thiết bị xác định lỗi trực tiếp từ cảm biến như trước
đây, bản chất chức năng của thiết bị là đọc bộ nhớ chứa mã lỗi của
hộp đen (ECM) trên xe, giải mã thông tin và hiển thị.
– Bạn cần biết rằng, trong hệ thống ECM có hỗ trợ OBM ngày nay, thì
việc xác định lỗi của xe nào là do ECU trên xe đó thực hiện, đây là
công nghệ riêng củanhà chế tạo ô tô. Chính vì thế thiết bị máy này gọi
là thiết bị xác định lỗi hay đọc lỗi.
– Làm việc tốt trên các loại xe du lịch, xe tải nhẹ, máy xăng và máy dầu
sử dụng điện 12v… trước năm 1996 đối với xe xuất xứ Mỹ, trước năm
2000 đối với xe xuất xứ từ EU.
2.4. Hệ thống hóa vấn đề nghiên cứu
2.4.1. Yêu cầu mô hình
– Kết cấu trực quan, sinh động
– Dễ dàng sử dụng và điều khiển
– Kích thước và khối lượng vừa phải
– Có độ bền cao, hoạt động ổn định
– Kết cấu gọn nhẹ
– Mang tính tổng quát và phổ biến
– Ít khác biệt so với lý thuyết
– Giá thành hợp lý
2.4.2. Lựa chọn phương án thiết kế cho mô hình
– Đo đạc kiểm tra
– Phương án: cắt, hàn, khoan…
– Sơn phủ bề mặt
18
Nguyễn Minh Đức
2.4.3 Phương pháp nghiên cứu

– Đề tài được hoàn thành trên cơ sở nhóm đã két hợp nhiều phương
pháp nghiên cứu, trong đó đặc biệt là phương pháp tham khảo, thu
thập tài liệu, học hỏi những kinh nghiệm của thầy cô, bạn bè và
nghiên cứu các mô hình giảng dạy cũ Từ đó tìm ra những ý tưởng
mới để hình thành đề cương của đề tài cũng như cách thiết kế mô
hình. Song song với nó nhóm còn kết hợp cả phương pháp quan sát và
thực nghiệm để có thể chế tạo được mô hình và biên soạn các bài thực
hành một cách hiệu quả
2.4.4. Các bước thực hiện
– Tham khảo tài liệu
– Thiết kế khung đỡ Động cơ và gá đặt động cơ
– Thiết kế sa bàn và cách bố trí trên sa bàn
– Thiết kế các chi tiết phụ
– Đấu dây cho các hệ thống
– Tiến hành nổ máy thử nghiệm
– Tiến hành đo đạc kiểm tra và thu thập các thông số
– Thiết kế các bài giảng thực hành cho mô hình
– Viết thuyết minh
2.4.5 Kế hoạch nghiên cứu
Đề tài được thực hiện trong 8 tuần các công việc được thực hiên như sau:
 Giai đoạn 1:
– Thu Thập tài liệu ,xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu,mục tiêu
nghiên cứu, phân tích tài liệu
– Thiết kế mô hình
– Thi công
19
Nguyễn Minh Đức
 Giai đoạn 2:
– Viết thuyết minh, báo cáo
– Hoàn thiện đề tài

20
Nguyễn Minh Đức
CHƯƠNG III:
GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ NISSAN VÀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN GIẢI
QUYẾT
3.1. Tổng quan về mô hình động cơ Nissan
3.1.1. Cấu tạo mô hình
Mô hình dược chia làm 2 phần:
– Phần sa bàn
– Phần động cơ
 Phần sa bàn
Hình 3.1 Sa bàn mô hình động cơ phun xăng đánh lửa Nissan
– ECU
– Bảng giắc
– Tableau
21
Nguyễn Minh Đức
– Công tắc máy
– Các Relay
– Đèn báo
 Phần động cơ
Hình 3.2 Mô hình động cơ phun xăng – đánh lủa Nissan ( Nhìn từ phía
trước )
22
Nguyễn Minh Đức
Hình 3.3 Mô hình động cơ phun xăng – đánh lửa Nissan ( Nhìn từ phía
trên)
23
Nguyễn Minh Đức
Hình 3.4 Mô hình động cơ phun xăng – đánh lửa Nissan ( nhìn từ bên

hông )
Sử dụng động cơ NISSAN với hệ thống điều khiển phun xăng và đánh
lửa trực tiếp sử dụng delco quang. Động cơ sử dụng các cảm biến sau:
– Cảm biến vị trí cánh bướm ga
– Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt
– Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
– Cảm biến kích nổ
– Cảm biến oxy
 Các cơ cấu chấp hành trên động cơ:
– 4 kim phun trên động cơ.
– Delco quang.
 Các cơ cấu khác:
– Khung giá đỡ động cơ.
– Accu.
– Đường nhiên liệu xăng đến và về.
– Thùng xăng và lọc xăng.
– Két nước.
– Ngoài ra, trên động cơ còn được bố trí một bản giắc có các đầu dây
của hộp điều khiển động cơ ECU để thuận tiện đo đạc cho sinh viên
học tập
3.1.2. Sơ đồ mạch điện
24
Nguyễn Minh Đức
Hình 3.5 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ Nissan
25