Thiết kế, chế taọ mô hình và bài giảng tích hợp cho động cơ phun xăng có hệ thống VVT i

vi

MC LC

Trang tựa TRANG
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Li cam đoan ii
Li cm t iii
Tóm tắt .iv
Mc lc vi
Danh sách các chữ viết tắt xi
Danh sách các hình xii
Danh sách các bng xvii
Chngă1:ăTNG QUAN 1
1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cu 1
1.2. Tình hình nghiên cu trong và ngoài nớc 3
1.2.1. Tình hình nghiên cu hệ thng van biến thiên trên thế giới 3
1.2.2. Tình hình nghiên cu trong nớc 7
1.3. Mc tiêu và đi tng nghiên cu 8
1.3.1. Mc tiêu nghiên cu 8
1.3.2. Đi tng nghiên cu 9
1.4. Nhiệm v và phm vi nghiên cu 9
1.4.1. Nhiệm v 9
1.4.2. Phm vi nghiên cu .9
1.5. Phơng pháp nghiên cu 10
Chngă2:ăCăS LÝ THUYT 11
2.1. Tổng quan về hệ thng VVT-i 11
2.1.1. nh hng ca góc trùng điệp đến công suất, tiêu hao nhiên liệu và khí thi
trên đng cơ 12
vii

2.1.2. Sơ đồ tổng thể hệ thng VVT-i 14
2.1.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thng VVT-i 15
2.1.4. Thi điểm phi khí hệ thng VVT-i 15
2.1.5. B chấp hành hệ thng VVT-i 16
2.1.5.1. B điều khiển VVT-i 17
2.1.5.2. Van điều khiển dầu phi khí 17
2.1.6. Hot đng ca hệ thng VVT-i 18
2.1.6.1. Làm sớm thi điểm phi khí 18
2.1.6.2. Làm mun thi điểm phi khí 19
2.1.6.3. Chế đ giữ 19
2.1.6.4. Dng xung điều khiển VVT-i 20
2.1.7. Những biến thể khác ca hệ thng VVT-i trên đng cơ Toyota 20
2.1.7.1. Hệ thng Dual VVT-i 20
2.1.7.2. Hệ thng VVTL-i 21
2.1.7.3. Hệ thng VVT-iE 25
2.2. Giới thiệu hệ thng van biến thiên trên mt s xe thông dng ti Việt Nam 26
2.2.1. Hệ thng VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control) ca
hãng Honda 26
2.2.2. Hệ thng MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control
system ) ca hãng Mitsubishi 28
Chngă3.ăMỌăPHNG H THNGăĐINăĐIU KHINăĐNGăC
PHUNăXĔNGăCịăH THNG VVT-I BNG PHN MM
MACROMEDIA FLASH 32
3.1. Khái quát về phần mềm Macromedia Flash 32
3.2. Quy trình thiết mô phng kế trên mềm Macromedia Flash 8 33
3.3.Thiết kế mô phng hệ thng điện điều khiển đng cơ phun xăng 1SZ-FE 39
3.3.1. Mô phng giao diện chính 39
3.3.2. Mô phng van điều khiển dầu và hệ thng VVT-i 40
3.3.3. Mô phng các cm biến tín hiệu đầu vào 41

viii

3.3.4. Mô phng các mch điện điều khiển đng cơ 42
3.3.5. Mô phng các hệ thng khác 44
Chngă4.ăTHIT K,ăTHIăCỌNGăMỌăHỊNHăĐNGăCăPHUNăXĔNGăCịă
H THNG VVT-I 46
4.1. Giới thiệu đng cơ 1SZ-FE 46
4.1.1. Sơ đồ hệ thng điều khiển điện tử trên đng cơ 1SZ-FE 47
4.1.2. Các tín hiệu đầu vào 48
4.1.3. Hệ thng điều khiển 48
4.1.4. Hệ thng chẩn đoán. 49
4.1.5. Hệ thng dự phòng. 49
4.2. Thiết kế, chế to mô hình đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i 51
4.2.1. Cấu to mô hình 51
4.2.2. Đặc điểm kỹ thuật các b phận chính trên mô hình 53
4.2.3. Các yêu cầu khi sử dng mô hình 58
Chngă5.ăTHIT K BÀI GING TÍCH HP THC TPăĐNGăCăPHUNă
XĔNGăCịăH THNG VVT-I 59
5.1. Cơ s lý thuyết về dy học tích hp 59
5.1.1. Khái niệm dy học tích hp 59
5.1.2. Mc đích ca dy học tích hp 60
5.1.3. Đặc điểm ca dy học tích hp 61
5.2. Biên son các bài ging thực hành điện đng cơ cho đng cơ phun xăng
có hệ thng VVT-i 66
5.2.1. Những yêu cầu khi biên son bài ging 66
5.2.2. Biên son các bài ging thực tập điện đng cơ phun xăng theo mô hình 67
Bài 01: Kiểm tra mch nguồn, mch VC và mch ni đất 67
Bài 02: Kiểm tra cm biến đo gió 72
Bài 03: Kiểm tra cm biến vị trí bớm ga 76
Bài 04: Kiểm tra cm biến nhiệt đ nớc làm mát 80

Bài 05: Kiểm tra cm biến oxy 84
ix

Bài 06: Kiểm tra cm biến kích nổ 88
Bài 07: Kiểm tra cm biến G, cm biến NE 92
Bài 08: Kiểm tra mch điều khiển qut làm mát 96
Bài 09: Kiểm tra van điều khiển dầu phi khí VVT-i 100
Bài 10: Kiểm tra bơm nhiên liệu 103
Bài 11: Kiểm tra áp suất hệ thng nhiên liệu 107
Bài 12: Kiểm tra kim phun 110
Bài 13: Kiểm tra van điều khiển tc đ không ti ISC 115
Bài 14: Kiểm tra hệ thng đánh lửa 119
Bài 15: Chẩn đoán đng cơ qua hệ thng tự chẩn đoán OBD-2 125
Chngă6.ăKT LUN- HNG PHÁT TRIN CAăĐ TÀI 129
6.1. Kết luận 132
6.2. Hớng phát triển ca đề tài 133
TÀI LIU THAM KHO 134


x

DANH SÁCH CH VIT TT

 ECU ( Electronic Control Unit): B điều khiển điện tử
 EFI (Electronic Fuel Injection): Hệ thng phun xăng điện tử
 ISC ( Idle Speed Control):Điều khiển tc đ cầm chừng
 SW (Switch):Công tắc
 BAT ( Battery) : Accu
 MAF sensor (Mass Air Flow sensor):Cm biến lu lng khí np kiểu dây sấy
 OCV (Oil control Valve): Van điều khiển dầu

 VVT ( variable valve timing): Van biến thiên
 VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence): Van biến thiên thông minh
 VVTL-i(Variable Valve Timing and Lift intelligent system): Hệ thng nâng van
biến thiên thông minh
 VVT-iE (Variable Valve Timing - intelligent by Electric motor) : Van biến thiên
điều khiển bằng motor điện
 CMP ( Camshaft position sensor): Cm biến vị trí trc cam
 CKP (Crankshaft position sensor ): Cm biến vị trí trc khuỷu
 ADRC(active disturbance rejection controller): Hot đng điều khiển loi b
nhiễu
 EGR ( Exhaust Gas Recirculation): Hệ thng luân hồi khí x
 VCR ( Variable Compression Ratio): Tỷ lệ nén biến thiên
 OBD (On-Board Diagnostic): Hệ thng chẩn đoán
 AFR (Air/Fuel Ratio): Tỷ lệ không khí/nhiên liệu
 CA (Crank Angle): Góc quay trc khuỷu
 VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control): Van biến thiên và
điều khiển nâng van bằng điện tử
 MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ): Hệ
thng van biến thiên điều khiển điện tử Mitsubishi
xi

 DTC (Diagnostic Trouble Codes) : Mã li
 DLC (Diagnostic Link Connector) : Giắc kết ni chẩn đoán
xii

DANH SÁCH HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 2.1: Hệ thng VVT-i trên đng cơ 12
Hình 2.2: nh hng ca góc trùng điệp xu-páp đến khí x đng cơ 13

Hình 2.3: nh hng góc trùng điệp xupap đến tiêu hao nhiên liệu 13
Hình 2.4: nh hng ca hệ thng VVT-i đến công suất đng cơ 14
Hình 2.5: Sơ đồ tổng thể hệ thng VVT-i 14
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thng VVT-i 15
Hình 2.7: Thi điểm phi khí hệ thng VVT-i 16
Hình 2.8: B điều khiển VVT-i 17
Hình 2.9: Van điều khiển dầu phi khí VVT-i 18
Hình 2.10: Làm sớm thi điểm phi khí 19
Hình 2.11: Làm mun thi điểm phi khí 19
Hình 2.12: Giữ thi điểm phi khí 20
Hình 2.13: Dng xung điều khiển VVT-i 21
Hình 2.14: Hệ thng Dual VVT-i trên đng cơ 2GR-FE 21
Hình 2.15: Hệ thng VVTL-I trên đng cơ 2ZZ-GE 21
Hình 2.16: Sơ đồ tổng thể hệ thng VVTL-i 22
Hình 2.17: Van điều khiển dầu VVTL-i. 22
Hình 2.18: Cấu to trc cam và cò mổ hệ thng VVTL-i 23
Hình 2.19: Hot đng ca hệ thng VVTL-i  tc đ thấp và trung bình 24
Hình 2.20: Hot đng ca hệ thng VVTL-i  tc đ cao 24
Hình 2.21: Hệ thng VVT-iE trên đng cơ Lexus 460 1UR-FSE 25
Hình 2.22: Cấu to hệ thng VTEC 26
Hình 2.23: Vị trí cam  tc đ thấp 27
Hình 2.24: Vị trí cam  tc đ cao 27
Hình 2.25: Các kiểu hệ thng VTEC b trí trên đng cơ Honda 28
xiii

Hình 2.26: Hệ thng MIVEC trên đng cơ 4G92 ca Mitsubishi 29
Hình 2.27: Kết cấu hệ thng MIVEC 30
Hình 2.28: Các chế hot đng ca hệ thng MIVEC 30
Hình 3.1: Giao điện khi đng phần mềm Macromedia Flash 8 33
Hình 3.2: Giao diện làm việc trong Flash 8 34

Hình 3.3: Chọn màu nền trong Flash 8 34
Hình 3.4: To hình nh Bitmap 35
Hình 3.5: To chuyển đng liên túc đi tng mô phng 36
Hình 3.6: Xử lý hình nh đi tng mô phng 37
Hình 3.7: To lệnh dừng đon phim mô phng 37
Hình 3.8: Save và định dng đon phim mô phng 39
Hình 3.9: Giao diện mô phng các hệ thng điều khiển đng cơ Toyota 1SZ-FE. . 40
Hình 3.10: Mô phng hệ thng VVT-i. 40
Hình 3.11: Mô phng van điều khiển dầu VVT-i 41
Hình 3.12: Mô phng cm biến vị trí trc cam 41
Hình 3.13: Mô phng cm biến vị trí trc khuỷu 42
Hình 3.14: Mô phng cm biến kích nổ 42
Hình 3.15: Mô phng mch điều khiển bơm xăng 43
Hình 3.16: Mô phng mch cấp nguồn 43
Hình 3.17: Mô phng mch điều khiển kim phun 43
Hình 3.18: Mô phng mch điều khiển qut làm mát 44
Hình 3.19: Mô phng mch điều khiển đánh lửa 44
Hình 3.20: Mô phng hệ thng điều khiển không ti ISC 45
Hình 3.21: Mô phng hệ thng khi đng đng cơ 45
Hình 4.1: Đng cơ Toyota Yaris 1SZ-FE. 47
Hình 4.2: Vị trí các chi tiết điều khiển đng cơ 1SZ-FE 47
Hình 4.3: Hình chiếu trc đo và hình chiếu đng khung mô hình 51
Hình 4.4: Hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh khung mô hình 51
Hình 4.5: Sa bàn trên mô hình 52
xiv

Hình 4.6: Đng cơ 1SZ-FE đc lắp đặt trên khung mô hình 52
Hình 4.7: Sơ đồ chân ECU trên mô hình 53
Hình 4.8: Sơ đồ mch điện đng cơ 1SZ-FE 54
Hình 5.1: Các thành phần ca cấu trúc năng lực 62

Hình 5.2: Sơ đồ mch cấp nguồn 68
Hình 5.3: Sơ đồ mch VC 69
Hình 5.4: Sơ đồ mch ni đất 69
Hình 5.5: Kiểm tra mch rơ le EFI 70
Hình 5.6: Kiểm tra hot đng rơ le EFI 71
Hình 5.7: Cấu to cm biến lu lng khí np kiểu dây sấy 73
Hình 5.8: Hot đng và chc năng ca cm biến MAF 73
Hình 5.9: Sơ đồ mch điện cm biến MAF 74
Hình 5.10: Kiểm tra điện áp cấp cho cm biến MAF 75
Hình 5.11: Kiểm tra điện áp đầu ra cm biến MAF 75
Hình 5.12: Cấu to cm biến vị trí bớm ga 77
Hình 5.13: Đồ thị biểu diễn mi quan hệ giữa điện áp và đ m bớm ga 77
Hình 5.14: Sơ đồ mch điện cm biến vị trí bớm ga 78
Hình 5.15: Kiểm tra điện tr cm biến vị trí bớm ga 78
Hình 5.16: Cấu to cm biến nhiệt đ nớc làm mát 81
Hình 5.17: Quan hệ giữa nhiệt đ và điện tr ca cm biến nhiệt đ
nớc làm mát 81
Hình 5.18: Sơ đồ mch điện cm biến nhiệt đ nớc làm mát 81
Hình 5.19: Đo điện tr cm biến nhiệt đ nớc làm mát 82
Hình 5.20: Cấu to cm biến oxy 85
Hình 5.21: Đặc tính ca cm biến oxy 85
Hình 5.22: Sơ đồ mch điện cm biến oxy 86
Hình 5.23: Đo điện tr b sấy cm biến 86
Hình 5.24: Xung điện dng sóng cm biến oxy 87
Hình 5.25: Cấu to cm biến kích nổ 89
xv

Hình 5.26: Đồ thị biểu diễn mi quan hệ giữa điện áp và tần s kích nổ 89
Hình 5.27: Dng xung tín hiệu cm biến kích nổ 90
Hình 5.28: Sơ đồ mch điện cm biến kích nổ 90

Hình 5.29: Kiểm tra điện tr cm biến 90
Hình 5.30: Dng xung tín hiệu cm biến G, NE 93
Hình 5.31: Sơ đồ mch điện cm biến G, NE trên đng cơ 93

Hình 5.32: Kiểm tra điện tr cm biến vị trí trc khuỷu 94
Hình 5.33: Kiểm tra điện tr cm biến G 95
Hình 5.34: Sơ đồ mch điện điều khiển qut làm mát 97
Hình 5.35: Kiểm tra dòng điện qua qut bằng Ampe kế 98
Hình 5.36: Cấu to van điều khiển dầu phi khí VVT-i 101
Hình 5.37: Kiểm tra điện tr ca van VVT-i 101
Hình 5.38: Kiểm tra hot đng ca van 102
Hình 5.39: Dng xung ca van điều khiển dầu VVT-i 102
Hình 5.40: Cấu to cm bơm nhiên liệu 104
Hình 5.41: Sơ đồ mch điện điều khiển bơm nhiên liệu 104
Hình 5.42: Kiểm tra điện tr bơm nhiên liệu 105
Hình 5.43: Kết ni đồng hồ đo áp suất với ng nhiên liệu 108
Hình 5.44: Kiểm tra áp suất nhiên liệu 108
Hình 5.45: Áp suất nhiên liệu  tc đ không ti 109
Hình 5.46: Áp suất nhiên liệu sau khi tắt máy 109
Hình 5.47: Cấu to kim phun 111
Hình 5.48: Kiểm tra điện tr kim phun 112
Hình 5.49: Kết ni b dng c đo vào kim phun 112
Hình 5.50: Kết ni dây kiểm tra vào kim phun 113
Hình 5.51: Kiểm tra tín hiệu điều khiển kim phun bằng đèn LED 114
Hình 5.52: Xung điện áp điều khiển kim phun 114
Hình 5.53: Cấu to van ISC kiểu van xoay, mt cun dây tích hp 116
Hình 5.54: Mch điện điều khiển van ISC 117
xvi

Hình 5.55: Kiểm tra hot đng m ca van ISC 117

Hình 5.56: Gia tăng tc đ cầm chừng từ 900-1300 vòng/phút trong 5 giây 118
Hình 5.57: Sơ đồ hệ thng đánh lửa trực tiếp Bobine-IC tích hp 120
Hình 5.58: Mch điện điều khiển đánh lửa 120
Hình 5.59: Mch kiểm tra cm IC-bobine tích hp 121
Hình 5.60: Kiểm tra điện tr bugi 122
Hình 5.61: Kiểm tra khe h điện cực bugi 122
Hình 5.62: Dng xung tín hiệu IGT, IGF 123
Hình 5.63: Sơ đồ nguyên lý chẩn đoán h hng đng cơ 126
Hình 5.64: Giắc chẩn đoán OBD-2 126
Hình 5.65: Các dng ký hiệu đèn Check 127
Hình 5.66: ụ nghĩa các ký tự trong mt mã li 128
Hình 5.67: Máy chẩn đoán cầm tay ca Toyota 130
















xvii

DANH SÁCH BNG


BNG TRANG

Bng 4.1. Quan hệ giữa mch có tín hiệu không bình thng và chc năng an toàn
50
Bng 4.2: Ký hiệu các chân trong hp ECU 56
Bng 4.3. Bng điện áp các cực ca ECU 58
Bng 5.1: Bng trng thái ca khóa điện 71
Bng 5.2: Bng giá trị điện tr cm biến vị trí bớm ga 78
Bng 5.3: Bng giá trí điện áp cm biến vị trí bớm ga 79
Bng 5.4: Bng giá trị điện tr cm biến nhiệt đ nớc làm mát 82
Bng 5.5: Bng giá trị điện áp cm biến nhiệt đ nớc làm mát 83
Bng 5.6: Bng giá trị điện tr cm biến NE 94
Bng 5.7: Bng giá trị điện tr cm biến G 95
Bng 5.8: Mt s mã chẩn đoán OBD-2 130


1

Chngă1
TNG QUAN

1.1. Tng quan v lƿnhăvc nghiên cu.
Trớc thực trng nguồn năng lng hóa thch đang ngày cn kiệt, vấn đề ô nhiễm
môi trng từ khí x đng cơ đt trong đang ngày mt trầm trọng, các thiết bị tiện
nghi trên xe ô tô ngày càng nhiềunhằm đáp ng nhu cầu ngày càng cao ca ngi
sử dng xe ô tô,đòi hi đng cơ làm việc cần phi có công suất ngày càng cao.
Chính vì vậy, việc tính toán thiết kế ô tô ngày nay đang phi đi mặt với hai vấn đề

quan trọng đó là:Nâng cao công suất đng cơ nhng phi đm bo việc bovệ hệ
sinh thái, bo vệ môi trng đồng thi tiết kiệm nguồn nhiên liệu sử dng trên đng
cơ.Để gii quyết vấn đề này, trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô đư
có những tiến b vt bậc trong công nghệ tính toán, thiết kế hệ thng điều khiển
đng cơ đt trong.
Mt trong những sự tiến b này là thay đổi phơng thc np liệu truyền thng với
góc phi khí là c định bằng phơng pháp np liệu mới mà trong đó góc phi khí
thay đổi khi tc đ và ti trọng ca đng cơ thay đổi, đó là hệ thng van biến thiên
(Variable Valve Timing-VVT) hay còn gọi là hệ thng phân phi khí điện tử. Hệ
thng này ti u hóa góc phi khí ca trc cam dựa trên chế đ làm việc ca đng
cơ phi hp với các cm biến điều khiển ch đng nh: cm biến vị trí bớm ga,
cm biến lu lng khí np, cm biến vị trí trc khuỷu, cm biến nhiệt đ nớc làm
mát,v.v…Trong quá trình hot đng tín hiệu từ các cm biến gửi về ECU, ECU sẽ
quyết định đóng hoặc hoặc m van điều khiển dầu phi khí trc cam để tác đng lên
b điều khiển VVT làm cho trc cam xoay tơng đi đi mt góc so với vị trí chuẩn
ca nó nhằm làm thay đổi thi điểm phi khí. Với thiết kế này đư làm tăng công
suất ca đng cơ, gim tiêu hao nhiên liệu và gim ô nhiễm môi trng do khí thi
đng cơ sinh ra.
2

u điểm nổi bật ca hệ thng này là: Công suất đng cơ tăng, lng nhiên liệu tiêu
th gim. Mt s nghiên cu chỉ ra rằng đng cơ có b trí hệ thng VVT công suất
tăng từ 7-10%, lng tiêu hao nhiên liệu gim từ 4-5% và đặc biệt là gim thiểu
đc ô nhiễm môi trng do khí thi đng cơ sinh ra so với đng cơ không có hệ
thng VVT. Với những u điểm đó, hệ thng VVT ngày nay đc b trí hầu hết
trên các xe ô tô hiện đi.Đi với hãng Toyota hệ thng có tên gọi là VVT-i, biến thể
ca nó là Dual VVT-i hoặc VVTL-i và VVT-iE; đi với hãng Honda nó có tên gọi
là VTEC, hãng Mitsubishi nó có tên gọi là MIVEC,
Tuy nhiên,việc đa các công nghệ điều khiển bằng điện - điện tử kết hp thy lực
đư gii quyết đc các yêu cầu ngày càng khắt khe về ô nhiễm môi trng, tiêu hao

nhiên liệu, nhng sẽ làm phc tp thêm hệ thng, việc nghiên cu hệ thng, bo
dỡng và sửa chữa khó khăn, ngi sử dng cần chăm sóc hệ thng cung cấp điện
chặt chẽ hơn (máy phát điện, ắc quy, ).
Bên cnh đó, cùng với sự ci tiến không ngừng về công nghệ trên xe ô tô hiện nay
thì công tác đào to ngành công nghệ ô tô  các trng học, trung tâm đào to cũng
không ngừng đc ci tiến c về chơng trình đào to lẫn trang bị các trang thiết bị
hiện đi phc v cho quá trình đào to ca mình nhằm đáp ng đc nhu cầu ngày
càng cao ca xã hi về chất lng đào to. Đi với công tác ging dy ngành công
nghệ ô tô cần phi có sự trực quan nhiều thì mô hình, hình nh mô phng đóng vai
trò hết sc quan trọng trong việc ging dy ca giáo viên và việc tự học ca sinh
viên. Thông qua mô hình kết hp mô phng ngi học dễ dàng nhận diện đc các
chi tiết và hot đng ca các hệ thng trên xe ô tô, đồng thi cũng có kh năng tự
học, tự tìm kiến thc cho bn thân. Ngoài ra mô hình còn giúp ngi học có kh
năng thực hành sửa chữa mt cách hiệu qu trớc khi tiến hành sữa chữa thực tế
trên xe.
Xuất phát từ những điều kiện thực tế nêu trên, đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình và
bài giảng tích hợp cho động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i” đc thực hiện với
mc đích chính là nâng cao hiệu qu đào to ngành công nghệ ô tô, to điều kiện
thuận li cho giáo viên và sinh viên trong quá trình ging dy và nghiên cu về
3

đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i, đồng thi góp phần hiện đi hóa phơng
tiện và phơng pháp dy thực hành trong đào to ngành công nghệ ô tô.
1.2. Tình hình nghiên cu trongăvƠăngoƠiănc.
1.2.1. Tình hình nghiên cu v h thng VVT trên th gii:
Thực tế hiện nay nguồn nhiên liệu hóa thch đang ngày càng cn kiệt, trong khi đó
nguồn nhiên liệu thay thế vẫn còn nhiều hn chế và tình trng ô nhiễm môi trng
do khí thi đng cơ sinh ra đang ngày mt trầm trọng thì việc nâng cao hiệu suất
làm việc ca đng cơ, gim tiêu hao nhiên liệu, gim ô nhiễm môi trng có thể nói
đó là tiêu chí hàng đầu đi với mi hãng chế to ô tô.

Trong những năm gần đây đng cơ ô tô đư có những thay đổi nhất định, nhất là hệ
thng điều khiển đng cơ.Đư có hàng trăm công trình nghiên cu ca các nhà khoa
học nhằm hoàn thiện hơn nữa đng cơ đt trong. Các công trình nghiên cu tập
trung ch yếu vào công nghệ điều khiển đng cơ với mc đích tăng hiệu qu cháy
trong đng cơ, ci thiện quá trình np, thi nhằm tăng công suất đng cơ, gim tiêu
hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trng.
Một số nghiên cứu đáng chú ý trên thế giới:
- Công trình nghiên cu “Combustion phasing model for control of a gasoline-
ethanol fueled SI engine with variable valve timing” ca Hall, Ray W. Herrick -
Purdue Univ, West Lafayette, USA năm 2012. Ni dung ca công trình là: Trớc
thực trng nguồn năng lng hóa thch đang dần cn kiệt, nhiên liệu Ethanol, mt
dng năng lng tái to đang đc sử dng nh nguồn nhiên liệu thay thế hữu hiệu
trên đng cơ xăng. Ethanol đc pha trn với nhiên liệu xăng và đang đc sử
dng trên đng cơ xăng b trí hệ thng VVT, mt công nghệ cho phép kiểm soát
lng hn hp môi chất np vào xy lanh nhằm tăng hiệu suất đng cơ. Phần khí
cháy cũng nh tỷ lệ pha trn Ethanol nh hng đến thi gian cháy và ghi nhận li
những nh hng này là điều cần thiết. Qua đó công trình đề xuất mt mô hình vật
lý có thể ghi nhận quá trình đt cháy ca hn hp trong đng cơ và phép điều
chỉnh đến giá trị ti u dù có những thay đổi chồng chéo nhiên liệu. Mô hình qun
4

lý theo định hớng này đư đc xác nhận rng rưi ti hơn 500 địa điểm trên phm
vi đng cơ hot đng hn hp xăng và ethanol.
- Công trình nghiên cu “ADRC variable valve timing control system of
gasoline engine ” ca YuYan Ying, Xie Hui Gao, Đi học Thiên Tân, Thiên Tân,
Trung Quc năm 2011. Ni dung ca đề tài làtrình bàyviệc áp dngmt b điều
khiểnloi bnhững tác đng gây nhiễu(ADRC) đi với hệ thng van biến thiên
(VVT) trên xe ô tô. Mc tiêu chính ca việc điều khiển là thông qua việc sử dng
băng thông - thông s kỹ thuật để xử lý các tín hiệu gây nhiễu. Các mô phng
ca hệ thng VVT dựa trên AMESim / Simulink đc thiết lập để kiểm tra hiệu

suất ca ADRC. Ngoài ra,ADRCchỉ cóhai thông sđiều chỉnh, làm cho nó rất đơn
gin đểthực hiện vàđiều chỉnhtrong thế giới thực.
- Công trình nghiên cu “Optimization design of intake manifold and valve
timing of gasoline engine based on AMESim code” ca Han Wenyan
Sch. of Automotive Studies, Tongji Univ, Shanghai, China năm 2011. Ni dung
ca công trình nghiên cu là ti u hóa thiết kế đng ng np và van biến thiên
đng cơ xăng dựa trên mư AMESim để đánh giá mc tiêu hao nhiên liệu và mô
menđng cơ  chế đ tc đ thấp và trung bình. Để có đc mc tiêu th nhiên
liệu thấp hơn và mô men xoắn cao hơn  tc đ thấp và trung bình, tác gi đư sử
dng mt đng cơ mô phng đng cơ xăng. Sau khi thiết lập các dữ liệu thử
nghiệm, mô hình mô phng đc sử dng để ti u hóa hiệu suất làm việc ca
đng cơ xăng. Những nh hng ca chiều dài đng ng np và van biến thiên tới
mô men xoắn, mc tiêu hao nhiên liệu đng cơ đc phân tích mt cách chi tiết.
Kết qu cho thấy, mômen xoắn đng cơ và mc tiêu th nhiên liệu c thể trong giai
đon tc đ thấp và trung bình có thể đc ci thiện mt cách hiệu qu nh thi
gian van đc ti u hóa và phù hp với chiều dài đng ng np hp lý bằng
cách sử dng các hiệu ng khí đng.
- Công trình nghiên cu “An investigation for improving power performance
by VVT effect of spark ignition engine by WAVE simulation” ca Ganbold, T.
Sch. of Mech. Eng, MUST, Ulaanbaatar, Mongolia năm 2010. Công trình đc
5

thực hiện bằng cách mô phng đng cơ phun xăng có hệ thng van biến thiên
(VVT) bằng phần mềm mô phng WAVE ca Ricardo. Các kết qu mô phng đc
đánh giá cao về thử nghiệm mô men xoắn và giúp dự đoán xu hớng về hiệu suất
ca đng cơ khi có sự thay đổi thi gian đóng m ca van biến thiên. Công trình
nghiên cu này cũng mô t các tác đng ca thi gian đóng m hệ thng van biên
thiên đến lực, mômen xoắn và khí còn sót li.
- Công trình nghiên cu “Air Path Estimation for a Turbocharged SI Engine
with Variable Valve Timing” ca Leroy - Fancais du Petrole, Rueil- Malmaison

năm 2007. Ni dung ca công trình nghiên cu này là: Trong bi cnh các tiêu
chuẩn ô nhiễm ngày càng nghiêm ngặt, đng cơ gim phát thi các chất ô nhiễm là
mt thách thc lớn cho các đng cơ xăng đòi hi phi kiểm soát tt tỷ lệ không khí /
nhiên liệu đi vào đng cơ. Qua đó ngi viết đư xem xét nghiên cu mt đng cơ
phun xăng đc trang bị với thiết bị truyền đng van biến thi gian, thiết bị này
hot đng nh là mt sự xáo trn bằng cách tác đng đến dòng chy khi không khí
thông qua các van đầu vào. Tác đng này có thể đc ớc tính từ đo lng thi
gian thực. Sau đó hai phơng pháp kiểm soát khi không khí hút vào đng cơ đc
đề xuất trong bài báo này. Sau khi chng minh hi t trong hai trng hp, tác gi
tiến hành so sánh dựa trên các kết qu mô phng.
- Công trình nghiên cu “Modeling, simulation and control of an automotive
gasoline engine” ca Scattolini- Dipt. di Elettronica e Informazione, Politecnico di
Milano, Milan năm 2006. Ni dung nghiên cu ca đề tài là: Thực tế trên mt đng
cơ xăng hiện nay đc trang bị các thiết bị truyền đng mới, chẳng hn nh van
biến thiên thi gian (VVT), van tiết lu điện (ETC) và van tuần hoàn khí x (EGR).
Tất c các thiết bị truyền đng đc sử dng để ti u hóa hiệu suất đng cơ, gim
tiêu th nhiên liệu và lng khí thi gây ô nhiễm. Đổi li, sự hiện diện ca chúng
làm cho sự kiểm soát ca đng cơ là mt nhiệm v khó khăn do tính chất đa biến
ni ti ca vấn đề. Do đó công trình nghiên cu này đư sử dng mt mô hình định
hớng để kiểm soát hot đng ca đng cơ xăng đc trang bị với các thiết bị này
6

và ghi nhận li các dữ liệu thực tế ca nó. Kết qu mô phng cho thấy những li ích
tích cực ca phơng pháp này.
- Công trình nghiên cu “Genetic algorithm optimization of fuel economy for
PFI engine with VVT-VCR” ca Zhengmao Ye- Dept of Electr& Comput. Eng,
Wayne State Univ, Detroit, MI, USA năm 2004. Ni dung ca đề tài là tập trung
nghiên cu vấn đề về kinh tế nhiên liệu cho đng cơ xăng và hn chế hiệu suất phát
thi ca đng cơ. Quá trình thử nghiệm đc thực hiện trên mt xe thử nghiệm b
trí hệ thng phun xăng điện tử có hệ thng van biến thiên. Mc tiêu ca nghiên cu

là to ra mt chơng trình có tỉ lệ nén biến thiên (VCR) kết hp hệ thng van biến
thiên có kh năng cung cấp mt hiệu suất tiêu th nhiên liệu ti u cho đng cơ khi
xe chy trong thành ph. Các giá trị về tc đ, ti trọng khi xe chy trong thành ph
không có VVT và VCR đc sử dng làm tiêu chuẩn so sánh. Các nh hng ca
hệ thng VVT và VCR đc nghiên cu đề xác định kết qu thực tế ci thiện mc
tiêu hao nhiên liệu khi có sự tích hp ca tỷ lệ nén và công nghệ điều khiển van
biến thiên để ti u hóa đng cơ. Kết qu cho thấy hai công nghệ này có thể phi
hp với nhau giúp gim thiểu mc tiêu hao nhiên liệu ti mt s chế đ hot đng
điển hình mặc dù có sự chồng chéo. Qua đó cho thấy đng cơ có kh năng tiết kiệm
nhiên liệu ti đa thông qua sc mnh tổng hp hai công nghệ và đc xác định bằng
phơng pháp ti u thuật toán di truyền.
- Công trình nghiên cu “An Assessment of Intake and Exhaust Philosophies
for Variable Valve Timing” ca G. B. Parvate-Patil, H. Hong and B. Gordon,
Concordia University năm 2003. Ni dung nghiên cu ca đề tài là:Trong các đng
cơ đt trong, đặc biệt đi với đng cơ xăng, hệ thng van biến thiên VVT đư to ra
mt nh hng lớn về hiệu suất đng cơ và khí thi do đng cơ sinh ra. Bi vì thông
thng đng cơ xăng truyền thng thì thi gian đóng m van np, van x là c định
và đồng b hóa giữa trc cam và trc khuỷu. Bằng cách sử dng công nghệ van biến
thiên hệ thng có thể kiểm soát đóng m van theo giai đon và thi gian ti bất kỳ
điểm nào trên đng cơ với kết qu là hiệu suất tổng thể ca đng cơ đc nâng
cao.Để đánh giá đầy đ các li ích từ VVT nhiều thử nghiệm khác nhau đc đề
7

xuất. Công trình nghiên cu này đc thực hiện nhằm nghiên cu công nghệ hút và
x ca hệ thng VVT và nh hng ca nó đến chu trình áp suất - thể tích ca đng
cơ bằng cách mô phng mt đng cơ có hệ thng VVT bằng phần mềm GT-Power.
Những nh hng ca ca hệ thng VVT đc nghiên cu từ mô phng đc phân
tích - đánh giá và so sánh với các thử nghiệm đư đc thực hiện để xem xét.
1.2.2. Tình hình nghiên cuătrongănc:
 Việt Nam việc chế to các mô hình học c đc thực hiện nhiều  các trng đào

to nghề nhằm nâng cao chất lng đào to, phù hp với yêu cầu ca xã hi. Các
công ty chế to mô hình học c hàng năm cũng cung cấp ra thị trng mt s lng
lớn các mô hình học c thuc nhiều lĩnh vực khác nhau.
Đi với ngành ô tô, có thể nói mô hình đóng vai trò rất quan trọng trong việc ging
dy cần phi có sự trực quan nhiều. Bên cnh đó sự phát triển ca hệ thng van biến
thiên đư đem li nhiều li ích nh ít tiêu hao nhiên liệu, gim ô nhiễm môi trng,
tăng công suất đng cơ. Đây chính là lý do ti sao hiện nay hầu hết các xe ô tô đều
b trí hệ thng này. Do đó việc đa hệ thng này vào ging dy là nhiệm v bắt
buc trong đào to ngành công nghệ ô tô. Trong những năm qua đư có mt s công
trình nghiên cu về thiết kế, chế to mô hình đng cơ có hệ thng van biến thiên đư
đc công b nh:
- Kỹ s Lơng Quc Sỹ, thiết kế-ci tiến -xây dựng bài thực hành thí nghiệm
hệ thng điều khiển trên mô hình đng cơ phun xăng VVT-i (Toyota) - Trng Đi
học Nông Lâm năm 2010. Ni dung nghiên cu ch yếu ca đề tài là: Thiết kế- ci
tiến li mô hình hệ thng điều khiển trên mô hình đng cơ phun xăng VVT-I, đồng
thi xây dựng các bài thực hành thí nghiệm hệ thng điều khiểntrên mô hình. Điểm
hn chế ca đề tài là cha tích cực hóa ngi học do không thiết kế mô phng hệ
thng VVT-i cũng nh các hệ thng khác trên đng cơ phun xăng do đó ngi học
khó khăn trong việc nghiên cu kết cấu, hot đng mt cách trực quan. Chính vì
điều này đư gây nh hng không nh đến chất lng thực hành sửa chữa đng cơ
có hệ thng VVT-i.
8

- Đề tài nghiên cu khoa học ca Thc sỹ Nguyễn Văn Long Giang và Huỳnh
Quc Việt, nghiên cu, thiết kế chế to mô hình hệ thng điều khiển đng cơ
Toyota Yaris - Trng Đi học S phm kỹ thuật thành ph Hồ Chí Minh. Đây là
đề tài nghiên cu cấp trng năm 2009, mc tiêu ca đề tài là to ra mô hình phc
v ging dy ti trng Đi học s phm kỹ thuật thành ph Hồ Chí Minh.
Nhìn chung trong thi gian qua, việc trang bị các mô hình đng cơ hiện đi  các
trng đào to nghề còn gặp nhiều khó khăn là do giá thành ca các thiết bị ngoi

nhập khá cao, nhiều trng khó có thể trang bị. Việc nghiên cu và chế to các mô
hình phc v cho việc ging dy và nghiên cu vẫn còn  quy mô nh, phần lớn là
do nhu cầu cấp thiết ca công tác ging dy nên tự thiết kế và thi công trên các thiết
bị sẵn có. Mt s công ty sn xuất đồ dùng dy học  nớc ta cũng đư nghiên cu
chế to nhiều thiết bị, mô hình dy học về đng cơ xăng có hệ thng VVT-i nhng
rất đơn gin, ch yếu là dùng để ging dy về cấu to, nguyên lý hot đng cơ bn
ca các hệ thng trên đng cơ và các bài học thực hành trên mô hình. Các mô hình
này thiếu mt s chc năng cần thiết để sinh viên học tập và tự nghiên cu trên mô
hình, không quan sát đc các chế đ hot đng ca hệ thng VVT-i trên đng cơ.
1.3. Mc tiêu vƠăđiătng nghiên cu.
1.3.1. Mc tiêu nghiên cu:
Vận dng các kiến thc về đng cơ phun xăng điện tử có hệ thng VVT-i, phần
mềm mô phng Macromedia Flash và lý thuyết về dy học tích hp để thiết kế, chế
to mô hình dy học, mô phng hệ thng điện điều khiển đng cơ và biên son các
bài ging tích hp cho đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i với mc tiêu:
- Bổ sung thêm trang thiết bị hiện đi trong đào to ngành công nghệ ô tô.
- To điều kiện cho ngi học tiếp cận đc công nghệ mới trên đng cơ ô tô
hiệnđi phc v cho công tác học tập và nghiên cu.
- Thông qua mô hình kết hp mô phng giúp cho quá trình dy và học đc
tt hơn, ngi học có thể dễ dàng tìm hiểu hot đng ca hệ thng VVT-i, hệ
thng điều khiển tc đ không ti (ISC), hot đng ca các mch điện điều
khiển và các cm biến trên đng cơ, đồng thi có thể thực hành sửa chữa
9

đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i ngay trên mô hình, qua đó góp phần
nâng cao hiệu qu đào to ngành công nghệ ô tô ti các trng dy nghề.
1.3.2.ăĐiătng nghiên cu:
- Nghiên cu thiết kế, chế to mô hình đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i
phc v cho công tác ging dy.
- Nghiên cu ng dng phần mềm Macromedia Flash để mô phng hot đng

ca hệ thng VVT-i, hot đng ca các cm biến, các mch điện điều khiển
và mt s hệ thng khác trên đng cơ.
- Nghiên cuthiết kế mt s bài ging tích hp thực tập điện đng cơ phun
xăngcho đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i.
1.4. Nhim v và phm vi nghiên cu caăđ tài.
1.4.1. Nhim v caăđ tài:
- Thiết kế, chế to mô hình đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i.
- ng dng phần mềm Macromedia Flash thiết kế mô phng kết cấu, nguyên
lý hot đng ca hệ thng VVT-i, các cm biến, các mch điện điều khiển,hệ
thng điều khiển không ti, hệ thng khi đng, trên đng cơ phun xăng có
hệ thng VVT-i.
- Biên son b tài liệu ging dy thực tập điện đng cơ phun xăng cho đng cơ
phun xăng có hệ thng VVT-i.
1.4.2. Phm vi nghiên cu:
Hiện nay trên các xe ô tô ca hãng Toyota hầu nh đều trang bị hệ thng VVT-i,
Dual VVT-i hoặc VVT-iE. Tuy nhiên, với mc tiêu thiết kế, chế to mô hình và bài
ging tích hp cho đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i nên phm vi nghiên cu
ch yếu tập trung nghiên cu lý thuyết về đng cơ phun xăng có hệ thng VVT-i
ca hãng Toyota (chọn đng cơ Toyota Yaris 1SZ-FE để làm mô hình do đng cơ
này có kết cấu gọn nhẹ, có hệ thng VVT-i, dễ dàng di chuyển khi áp dng vào
ging dy, đáp ng đc yêu cầu ca luận văn); nghiên cu về lý thuyết dy học
tích hp để xây dựng các bài ging tích hp kèm theo mô hình; nghiên cu phần
mềm Macromedia Flash để thiết kế mô phng hệ thng điện điều khiển đng cơ.
10

1.5.ăPhngăphápănghiênăcu.
- Tham kho các tài liệu, các bài báo trong và ngoài nớc về đng cơ phun xăng
Toyota Yaris 1SZ-FE.
- Nghiên cu phần mềm Macromedia Flash phc v cho công tác thiết kế mô
phng hệ thng VVT-i, các cm biến, các mch điện điều khiển và mt s hệ

thng khác trên đng cơ.
- Nghiên cu các mẫu mô hình đư có, từ đó có ý tng mới cho việc thiết kế,
chế to mô hình đm bo tính thẩm mỹ, thể hiện đc đầy đ các chi tiết ca
đng cơ, dễquan sát, dễ thao tác khi thực hành sửa chữa trên mô hình.
- Tham kho các mẫu thiết kế bài ging thực hành sửa chữa ô tô để biên son
mt s bài ging thực tập điện đng cơ phun xăng cho đng cơ phun xăng có
hệ thng VVT-i.

11

Chơng 2
CăS LÝ THUYT

2.1. Tng quan v h thng VVT-iătrênăđngăcăToyota.
Trong những năm gần đây, giá nhiên liệu trên thế giới nói chung và  Việt Nam nói
riêng không ngừng tăng cao do nguồn nhiên liệu hóa thch đang ngày mt cn kiệt,
gây không ít khó khăn cho ngi sử dng xe ô tô, xe gắn máy. Bên cnh đó, ô
nhiễm môi trng cũng là vấn đề lớn đòi hi các nhà sn xuất ô tô phi quan tâm.
Chính vì vậy, các hãng sn xuất ô tô hàng đầu trên thế giới đư không ngừng nghiên
cu ci tiến sn phẩm ca mình nhằm đáp ng các yêu cầu ngày càng khắt khe ca
các nớc trên thế giới. Trớc thực trng đó, hưng sn xuất xe ô tô Toyota ca Nhật
Bn cũng không ngừng nghiên cu ci tiến sn phẩm ca mình, đặc biệt là trong
lĩnh vực nghiên cu ci tiến đng cơ đt trong nhằm nâng cao hiệu suất làm việc
ca đng cơ, tiết kiệm nhiên liệu và bo vệ môi trng. Mt trong những ci tiến
quan trọng ca hưng đó là ci tiến hệ thng phân phi khí, trong đó hệ thng phân
phi khí truyền thng với nhiều nhc điểm đc thay bằng hệ thng phân phi
khíhiện đi điều khiển bằng điện tử - thy lực hay còn gọi là hệ thng van biến thiên
thông minh (Varaible Valve Timing with intelligent -VVT-i)ra đi vào năm
1996.Với hệ thng này, hệ thng phân phi khí làm việc linh hot hơn, phù hp với
từng di tc đ làm việc ca đng cơ.

Đi với các đng cơthông thng thì thi điểm phi khí là c định và đ nâng ca
xu-páp luôn là hằng s nên nó khng chế lng hn hp np vào đng cơ. Đây
chính là nhc điểm ca hệ thng phân phi khí cổ điển. Ngc li, với các đng
cơ có hệ thng VVT-i thì góc phi khí có thể thay đổi theo điều kiện làm việc ca
đng cơ. Hệ thng VVT-i sử dng áp suất thuỷ lực đc điều khiển bằng điện tử để
xoay trc cam np, thay đổi thi điểm phi khí nhằm đt đc thi điểm phi khí
ti u. Hệ thng này có thể xoay trc cam mt góc 40
0
tính theo góc quay trc
khuỷu để đt thi điểm phi khí ti u cho các chế đ hot đng ca đng cơ, dựa
12

vào các tín hiệu từ cm biến và điều khiển bằng ECU đng cơ. Do đó hệ thng này
đc đánh giá rất cao vì nó ci thiện quá trình np và thi, tăng công suất đng cơ,
tăng tính kinh tế và gim ô nhiễm môi trng.
Việc sử dng các b phận thay đổi thi điểm và qui luật nâng ca xu-páplàm cho hệ
thng phân phi khí hiện đi luôn hot đng  điều kiện ti u. Điều đó đư làm cho
đng cơ sử dng hệ thng phân phi khí hiện đi có suất tiêu hao nhiên liệu thấp,
việc gia tc thay đổi từ tc đ thấp sang tc đ cao xy ra nhanh chóng, ít gây ô
nhiễm và đt công suất cao. Ô tô có đng cơ sử dng hệ thng phân phi khí hiện
đi sẽ chy êm dịu trong thành ph cũng nh trên quc l, dễ dàng chuyển từ tc đ
thấp sang tc đ cao. Tuy nhiên, bên cnh những u điểm đó thì hệ thng phân phi
khí hiện đi có nhc điểm là: Có nhiều chi tiết, cm chi tiết, cần chế to với đ
chính xác cao. Hệ thng điều khiển phc tp, việc bo qun, sữa chữa khó khăn và
giá thành cao.

Hình 2.1: Hệ thống VVT-i trên động cơ Toyota
2.1.1. nh hng caăgócătrùngăđipăđn công sut, tiêu hao nhiên liu và khí
thiătrênăđngăc.
Thông thng trên các đng cơ truyền thng, góc trùng điệp ca cam np và cam x

là không đổi khi đng cơ làm việc  c tc đ cầm chừng lẫn khi có ti hoặc vận tc
thay đổi. Tuy nhiên, với đng cơ có hệ thng van biến thiên thông minh cho phép
13

chúng ta chọn gần nh ti u góc trùng điệp ca cam tùy theo chế đ vận hành ca
đng cơ. Việc m rng thêm góc trùng điệp  những chế đ ti trọng khác nhau là
nguyên nhân gây ra mt phần ca khí cháy đc tái tuần hoàn vào buồng đt bằng
ng chân không  cui kỳ x. B tuần hoàn khí x EGR làm gim HC cũng nh
NOx. NOx gim do gim nhiệt đ cháy, nhng HC gim là do kết qu từ việc cha
cháy hết và khí thi tuần hoàn bên trong. Mt giá trị góc trùng điệp ti u tồn ti
nh đc hiển thị  đây dới mt điều kiện đng cơ nhất định nó thay đổi mt cách
rng rãi tùy thuc vào điều kiện ti trọng ca đng cơ. Sự thay đổi đó có nh hng
tích cực đến hiệu suất, tiêu hao nhiên liệu và khí x đng cơ

Hình 2.2: nh hưởng của góc trùng điệp đến khí x động cơ
Hơn nữa, gim góc trùng điệp ti điều kiện chy không ti làm cho quá trình đt
cháy ổn định hơn và đng cơ có thể chy  tc đ chy không ti thấp hơn để ci
thiện kinh tế nhiên liệu  chế đ ch.

Hình 2.3: nh hưởng của góc trùng điệp đến tiêu hao nhiên liệu