NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ CÁC LOẠI KIM PHUN CÓ GIAO TIẾP MÁY TÍNH

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN LẠC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ CÁC LOẠI
KIM PHUN CÓ GIAO TIẾP MÁY TÍNH
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ÔTÔ MÁY KÉO – 605246

S KC 0 0 3 9 9 9

Tp. Hồ Chí Minh, 2013


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



LUẬN VĂN THẠC SĨ
KS. NGUYỄN VĂN LẠC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ CÁC LOẠI KIM PHUN
CÓ GIAO TIẾP MÁY TÍNH

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ÔTÔ - MÁY KÉO – 605246

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2013


Ơ

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



LUẬN VĂN THẠC SĨ
KS. NGUYỄN VĂN LẠC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ CÁC LOẠI KIM PHUN
CÓ GIAO TIẾP MÁY TÍNH

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ÔTÔ - MÁY KÉO – 605246
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Nguyễn Văn Lạc

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 10/10/1975

Nơi sinh: Bến Tre

Quê quán: Bến Tre

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 258C Khu phố 3, phƣờng 7–TP.Bến Tre
Điện thoại cơ quan:
Điện thoại nhà riêng: 075.3500058. DĐ: 01257787777
Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ 09/1995 đến 03/2000

Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM
Ngành học: Cơ Khí Động Lực
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Tính kinh tế nhiên liệu trên ô tô
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ
Thuật. TP Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn: KS. Lê Anh Hùng
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
2001- Đến nay

Nơi công tác
Trƣờng Cao Đẳng Bến Tre

i

Công việc đảm nhiệm
Giảng viên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 04 năm 2013
Học viên thực hiện
Nguyễn Văn Lạc

ii


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn đã giúp em học hỏi
thêm rất nhiều đƣợc rất nhiều kiến thức bổ ích từ thầy cô, bạn bè. Những
kiến thức này giúp em vững vàng hơn về chuyên môn nghiệp vụ cũng
nhƣ thái độ trong công việc sau này.
Có đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay, em xin chân thành gởi lời
cảm ơn đến Thầy Đỗ Văn Dũng, Thầy Nguyễn Bá Hải đã truyền đạt
những kiến thức, tận tình hƣớng dẫn, giúp em xác định hƣớng đi để em
có thể hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong
khoa Cơ khí Động Lực của trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM,
đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ
trong quá trình làm luận văn.
Các bậc sinh thành, ngƣời thân trong gia đình là nguồn động viên
cho tôi trong suốt quá trình học tập, phấn đấu.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn với tất cả tấm lòng của mình.

TP.Hồ Chí Minh, 4/2013
Học viên
Nguyễn Văn Lạc

iii


TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Băng thử kim phun có giao tiếp máy tính với ứng dụng phần mềm LabVIEW
còn rất mới ở Việt Nam. Vì vậy, tác giả đã thiết kế và chế tạo một mô hình băng thử
kim phun có khả năng kiểm tra các loại kim phun xăng trên các động cơ ô tô sử dụng
hệ thống phun xăng đa điểm, nhằm giúp ngƣời sửa chữa ô tô, học sinh chuyên ngành
có khả năng kiểm tra đánh chất lƣợng của kim phun, đó cũng là lý do tác giả chọn đề
tài: ―Nghiên cứu chế tạo băng thử các loại kim phun có giao tiếp máy tính‖
Các vấn đề cần nghiên cứu đã đƣợc thực hiện trong đề tài này gồm:
-

Thiết kế một hệ thống băng thử kim phun giao tiếp với máy tính.

-

Sử dụng chức năng xử lý ảnh trong LabVIEW để xử lý tia phun nhiên liệu từ

kim phun.
-

Kiểm tra và đánh giá kim phun qua việc xử lý ảnh nhƣ: góc phun, áp suất phun,

độ sƣơng của tia phun.
-

Đây là một trong những hƣớng nghiên cứu mới mẻ (có thể nói là duy nhất về

kiểm tra kim phun trên động cơ ô tô tại Việt Nam tính tới thời điểm thực hiện đề tài
này). Đề tài thực hiện thành công sẽ là nguồn tài liệu tham khảo rất tốt cho ngành công
nghiệp sửa chữa ô tô, trong học tập và giảng dạy.

iv


THE RESEARCH ABSTRACT
Injector’s test bench with LabVIEW software applications is relatively new in
Vietnam. Thus, the author has designed and built an Injector’s test bench that has the
ability to check quanlity and quantity of injection. The test bench could be used for
injector’s repair and troubleshooting. This is the reason to choose the thesis:
"Researching and manufacturing injector’s test bench with PC communication"
The research has focus in some aspects:
+ Designing an injector’s test bench with PC communication.
+ Using image processing functions in LabVIEW to evaluate fuel jet from
injectors.
+ Testing and evaluating by using image processing through the injector’s jet:
spray angle, pressure spray, mist spray.
This is a new research (on this topic).
Product of thesis could be used for automotive repair industry and teaching.
The thesis could be a good reference for students.

v


MỤC LỤC
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân .............................................................................................................. i

Lời cam đoan ................................................................................................................. ii
Lời cảm tạ ...................................................................................................................... iii
Tóm tắt .......................................................................................................................... iv
Mục lục .......................................................................................................................... vi
Danh sách các bảng ....................................................................................................... vi
Danh sách các hình ........................................................................................................ xi
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN ........................................................................................ 1
1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................... 1
1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................... 2
1.2.1 Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 2
1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................... 3
1.3 Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................................. 3
1.4 Điểm mới của đề tài ............................................................................................... 3
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................................ 4
1.6 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................ 4
1.7 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ......................................................................... 4
1.8 Các kết quả nghiên cứu ........................................................................................... 4
CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI ..................................................... 5
2.1 Khái quát về hệ thống điều khiển lập trình động cơ ............................................... 6
2.1.1 Lịch sử phát triển ................................................................................................. 6
2.1.2 Phân loại và ƣu nhƣợc điểm ................................................................................. 8
2.1.2.1 Phân loại ............................................................................................................ 8
2.1.2.2 Ƣu điểm của hệ thống phun xăng ..................................................................... 9

vi


2.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình và thuật toán điều khiển ............................ 10
2.2.1. Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng ................................................................. 10
2.2.2. Thuật toán điều khiển lập trình ........................................................................... 12

2.2.2.1 Lý thuyết điều khiển.......................................................................................... 12
2.2.2.2. Điều khiển phun xăng ...................................................................................... 14
2.2.2.3. Chức năng chính của điều khiển phun xăng .................................................... 15
2.2.2.4. Phun gián đoạn ................................................................................................. 16
2.2.2.5. Tính toán thời gian phun .................................................................................. 17
2.2.2.6. Tính toán thời gian mở kim trong D – Jetronic: ............................................. 19
2.3. Điều khiển kim phun .............................................................................................. 23
2.3.1 Nguyên tắc kết cấu kim phun ............................................................................... 23
2.3.2 Kết cấu kim phun ................................................................................................. 23
2.3.3 Hoạt động của kim phun ...................................................................................... 24
2.3.3.1 Quá trình hoạt động ........................................................................................... 25
2.4 Những cải tiến của băng thử kim phun có giao tiếp máy tính ............................... 38
2.5 Những lợi ích kỹ thuật của băng thử kim phun....................................................... 38
2.6 Yêu cầu của băng thử kim phun ............................................................................. 39
2.7 Khảo sát các giải pháp hiện tại ............................................................................... 39
2.8 Lý thuyết về xử lý ảnh với LabVIEW..................................................................... 42
2.8.1 Giới thiệu .............................................................................................................. 42
2.8.2 Môi trƣờng làm việc của Vision Assistant ........................................................... 43
2.8.3 Thu nhận hình ảnh với Vision Assistant .............................................................. 43
2.8.4 Xử lý ảnh với Vision Assistant ............................................................................ 45
2.8.4.1 Các bƣớc làm việc với Vision Assistant ........................................................... 45
2.8.4.2 Tạo file VI của LabView................................................................................... 46
2.8.4.3 Sử dụng chức năng định vị màu sắc để nhận biết vị trí và số lƣợng LED ........ 46

vii


CHƢƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO VÀ XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ............ 48
3.1. Thiết kế phần cứng ................................................................................................. 48
3.1.1 Giới thiệu sơ đồ hệ thống băng thử kim phun có giao tiếp máy tính ................... 48

3.1.2 Chế tạo cơ khí ...................................................................................................... 49
3.1.3 Thiết kế hệ thống điện .......................................................................................... 52
3.1.3.1 Giới thiệu Card Hocdelam USB - 9090 ........................................................... 52
3.1.3.2 Webcam sử dụng trên hệ thống băng thử kim phun ......................................... 54
3.1.3.3 Cảm biến áp sử dụng trên hệ thống băng thử kim phun ................................... 55
3.1.3.4 Driver điều khiển bơm xăng ............................................................................. 55
3.1.3.5 Sơ đồ mạch điện của hệ thống băng thử ........................................................... 56
3.2 Xử lý ảnh tia phun nhiên liệu và xây dựng thuật toán điều khiển .......................... 56
3.2.1 Quá trình xử lý hình ảnh tia phun để tính góc tia phun ....................................... 56
3.2.2 Xác định độ nhuyễn của tia phun ......................................................................... 62
3.3 Lập trình chƣơng trình điều khiển........................................................................... 65
3.3.1 Thuật toán điều khiển kiểm tra kim phun ............................................................ 66
3.3.2 Thuật toán điều khiển áp suất kim phun .............................................................. 66
3.3.3 Thuật toán xử lý góc tia phun .............................................................................. 67
3.3.4 Thuật toán xử lý độ nhiễn tia phun (độ sƣơng) .................................................... 68
3.4 Hoàn thiện mô hình thực tế ..................................................................................... 69
CHƢƠNG 4 : THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .............................................................. 69
4.1 Mục tiêu thí nghiệm ................................................................................................ 71
4.2 Kết quả thí nghiệm .................................................................................................. 71
4.2.1 Kết quả demo kim phun 1 .................................................................................... 71
4.2.2 Kết quả demo kim phun 2 .................................................................................... 70
4.2.3 Kết quả demo kim phun 3 .................................................................................... 71
4.2.4 Kết quả demo kim phun 4 .................................................................................... 73

viii


CHƢƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ............................................. 73
5.1 Kết luận ................................................................................................................... 75
5.2 Hạn chế .................................................................................................................... 75

5.3 Hƣớng phát triển ..................................................................................................... 75
Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 76

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của Card HDL USB - 9090………………………. …53
Bảng 3.2: Cách kiểm tra Card HDL USB - 9090…………………………………...54
Bảng 3.3: Đặc tuyến điện áp – áp suất dầu Denso 499000 -7150…………………. .55

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình

Trang

Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ [1] ............... 11
Hình 2.3: Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng [1] ............. 11
Hình 2.4a: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển động cơ với liên hệ ngƣợc [1]... 12
Hình 2.5: Sơ đồ tổng quát hệ thống phun nhiên liệu [1] ............................................... 23
Hình 2.10: Mạch điện điều khiển kim phun bằng áp [1] .............................................. 28
Hình 2.11: Mạch điện kim phun có điện trở thấp [1].................................................... 28
Hình 2.12: Các cách mắc điện trở phụ cho kim phun có điện trở thấp [1] ................... 29

Hình 2.13- Phƣơng pháp điều khiển kim phun bằng dòng [1]...................................... 30
Hình 2.14: Mạch điều khiển kim phun bằng dòng [1] .................................................. 31
Hình 2.17: Điều khiển thời gian phun nhiên liệu [1] .................................................... 33
Hình 2.18: Điều khiển kim phun khi khởi động [1] ...................................................... 34
Hình 2.19: Đặc tính hiệu chỉnh bởi nhiệt độ khí nạp [1] .............................................. 35
Hình 2.20: Sự hiệu chỉnh làm giàu sau khi khởi động [1] ............................................ 35
Hình 2.21: Sự làm giàu hâm nóng [1] ........................................................................... 36
Hình 2.22: Đồ thị biểu diễn sự cắt nhiên liệu [1] .......................................................... 37
Hình 2.23: Hiệu chỉnh lƣợng phun theo điện áp [1] ..................................................... 37
Hình 2. 25: Máy kiểm tra & vệ sinh kim phun của hãng YAMAHA [7] ..................... 39
Hình 2.27: Thiết bị kiểm tra & làm sạch kim phun CRV – 66 [7] ............................... 41
Hình 2.29: Giao diện của Vision Assistant [6] ............................................................. 43
Hình 2.30: Cửa sổ thu nhận ảnh [6] .............................................................................. 44
Hình 2.32: Chọn ảnh để xử lý [6] ................................................................................. 46
Hình 2.33: Kết quả sau khi xử lý [6] ............................................................................. 47
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống .............................................................................................. 48
Hình 3.2: Bản vẽ các chi tiết gia công .......................................................................... 49
Hình 3.4: Bản vẽ chi tiết bình xăng .............................................................................. 50
Hình 3.5: Bản vẽ chi tiết hộp đen .................................................................................. 50
Hình 3.6: Bản vẽ cơ khí hoàn chỉnh băng thử kim phun .............................................. 51
Hình 3.7: Mô hình băng thử kim phun .......................................................................... 51
Hình 3.8: Card HDL USB - 9090 ................................................................................ 52

xi


Hình 3.9: Sơ đồ chân Card HDL USB - 9090............................................................ 52
Hình 3.10: Sơ đồ đấu chân Card HDL USB - 9090 ..................................................... 53
Hình 3.11: Webcam sử dụng trên băng thử .................................................................. 54
Hình 3.12: Driver điều khiển bơm xăng ....................................................................... 55

Hình 3.13: Mạch điện trên mô hình băng thử kim phun ............................................... 56
Hình 3.15: Sử dụng hàm Color Plane Extraction 1....................................................... 57
Hình 3.16: Sử dụng hàm Gray Morphology 1 .............................................................. 57
Hình 3.17: Sử dụng hàm Threshold 1 ........................................................................... 58
Hình 3.18: Sử dụng hàm Binary Image Inversion ........................................................ 58
Hình 3.19: Sử dụng hàm Adv. Morphology 1 .............................................................. 59
Hình 3.20: Sử dụng hàm Basic Morphology 1 ............................................................. 59
Hình 3.21: Sử dụng hàm FFT Filer 1 ............................................................................ 60
Hình 3.22: Sử dụng hàm Image Mask 1 ....................................................................... 60
Hình 3.23: Sử dụng hàm Cirde Detection 1 .................................................................. 61
Hình 3.24: Sử dụng hàm Image Mask 1 ....................................................................... 61
Hình 3.25: Sử dụng hàm Original Image ...................................................................... 62
Hình 3.27: Sử dụng hàm Gray Morphology1 ............................................................... 63
Hình 3.28: Sử dụng hàm Threshold 1 ........................................................................... 63
Hình 3.29: Sử dụng hàm Binary Image Inversion ........................................................ 64
Hình 3.31: Thuật toán điều khiển cho nút điều khiển (Test) ........................................ 66
Hình 3.32: Thuật toán điều khiển áp suất phun ............................................................ 67
Hình 3.33: Thuật toán xử lý góc tia phun ..................................................................... 68
Hình 3.35: Cửa sổ front panel ....................................................................................... 69
Hình 3.36: Băng thử kim phun có giao tiếp máy tính ................................................... 70
Hình 4.1: Hiển thị kết quả kiểm tra kim phun 1 ........................................................... 71
Hình 4.2: Hiển thị kết quả kiểm tra kim phun 1 ........................................................... 72
Hình 4.4: Hiển thị kết quả kiểm tra kim phun 3 ........................................................... 73
Hình 4.5: Hiển thị kết quả kiểm tra kim phun 4 ........................................................... 73

[1], [6], [7]: Danh mục tài liệu tham khảo.

xii

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Từ khi chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới ra đời cho đến nay, ô tô đã trở thành một
phƣơng tiện vận chuyển cần thiết khó có gì thay thế đƣợc trong cuộc sống. Hiện nay,
so với các phƣơng tiện giao thông khác ô tô có vị trí vô cùng quan trọng và tỷ lệ hành
khách tham gia giao thông đƣờng bộ cao hơn so với các loại phƣơng tiện giao thông
khác.
Cùng với xu hƣớng phát triển về khoa học kỹ thuật công nghệ, nền công nghiệp ô
tô cũng phát triển không ngừng. Từ những năm 80 của thế kỷ XX, công nghệ điện tử
đã đƣợc ứng dụng trên ô tô dần dần thay thế các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí. Qua
nhiều thập niên, điện tử trở thành một trong những nhân tố quan trọng không thể thiếu
đƣợc trên ô tô. Để đạt đƣợc những tính năng ấy, trên động cơ đƣợc trang bị rất nhiều
cảm biến để thu thập những thông tin ở dạng điện áp và chuyển về bộ ECU. Bộ ECU
sẽ xử lý hay là ― tính toán‖ những dữ liệu nhập vào để thực hiện các quyết định và
hoàn thành chức năng ở đầu ra, mà cụ thể là kim phun động cơ. Nó không những giúp
động cơ ô tô điều khiển chính xác hơn và còn làm giảm ô nhiểm môi trƣờng, tiết kiệm
nhiên liệu, tăng công suất động cơ. Song song với việc hiện đại hoá, chiếc ô tô ngày
càng hoàn hảo hơn thì vấn đề bảo trì, chẩn đoán, sửa chữa ngày càng phức tạp hơn.
Với những chiếc ô tô hiện đại hiện nay lƣợng dữ liệu điều khiển xe ngày càng nhiều.
Vì vậy chẩn đoán sửa chữa theo phƣơng pháp thủ công đã trở nên hết sức khó khăn.
Sự cố nghiêm trọng nhất ở động cơ là kim phun, đây là nơi bị nghi vấn nhiều nhất.
Trong quá trình phun, nếu chất lƣợng nhiên liệu không tốt, bộ lọc làm việc không hiệu
quả sẽ rất dễ dẫn tới việc kim phun bị tắc, đóng cặn. Khi kim bị tắc, lƣợng xăng cung
cấp không đủ theo nhu cầu thực tế nên xe yếu và thƣờng xuyên chết máy. Những yếu
tố khác ảnh hƣởng tới hoạt động của kim phun còn có thể do dòng điện không đáp ứng
yêu cầu.
Gần đây, việc chế tạo băng thử kim phun đã đƣợc nghiên cứu. Nhƣng việc ứng
dụng kiểm tra kim phun có giao tiếp với máy tính chƣa đƣợc đề cập đến.

1


Việc ứng dụng phần mềm LabVIEW trong việc giao tiếp giữa máy tính và băng
thử kim phun của hệ thống phun xăng điện tử đã đƣợc tác giả nghiên cứu. Đồng thời,
băng thử kim phun có giao tiếp máy tính cũng dùng để thực hiện các thí nghiệm nhằm
xây dựng một số đƣờng đặc tính làm việc của kim phun phục vụ việc giảng dạy,
nghiên cứu và học tập cho các giáo viên và học sinh. Mặt khác, chƣơng trình giao tiếp
còn cho phép ngƣời sử dụng thay đổi một số thông số làm việc của kim phun từ đó mô
phỏng các chế độ hoạt động khác nhau của kim phun nhiên liệu nhƣ: áp suất phun, góc
phun và độ nhuyễn của tia phun...
Bắt đầu từ động lực này, nghiên cứu của tác giả là tập trung vào nghiên cứu chế
tạo băng thử kim phun có giao tiếp với máy tính với ứng dụng phần mềm LabVIEW.
1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
1.2.1 Mục đích nghiên cứu
Với sƣ̣ phát tri ển của các ngành điện tử

và công nghệ thông tin ngày nay các

ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử đã có những bƣớc phát triển nhảy vọt, các ứng
dụng của các ngành này vào các ngành khác ngày càng nhiều, trong đó có ngành công
nghệ ô tô, dẫn đến sự thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống

kiểm tra thông minh ,

hiê ̣n đa ̣i các chi tiết trên ô tô ra đời.
Những thiết kế ngày nay càng phục vụ cho con ngƣời nhiều hơn trong những
công việc ở những môi trƣờng độc hại nguy hiểm mà con ngƣời không thể tiếp cận
đƣợc.

Ứng dụng lý thuyết về hê ̣ thố ng phun xăng điện tử trên ôtô kết hợp lý thuyết xử
lý ảnh, sử dụng card Hocdelam USB - 9090 và camera, viết chƣơng trình giao tiếp
bằng LabVIEW nhằm chế tạo và thực nghiệm hê ̣ thố ng băng thử kiểm tra kim phun
trên động cơ ô tô, từ đó hoàn thiện và phát triển hệ thống kiểm tra kim phun trực tiếp
trên động cơ ô tô, đó cũng chính là là tiền đề quan trọng trong các bƣớc tiến cho các
thiết bị kiểm tra ô tô trong tƣơng lai.
Chế tạo đƣợc băng thử kiểm tra kim phun có giao tiếp với máy tính.
Băng thử phải gọn, bền chắc dễ điều khiển, dễ bảo dƣỡng, kiểm tra sửa chữa.

2


1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu
Do đề tài về băng thử kim phun có giao tiếp máy tính còn mới mẻ ở Việt nam
và cho tới thời điểm này chƣa có một công trình nghiên cứu nào về băng thử này nên
tác giả đã nghiên cứu thu thập tài liệu về băng thử kim phun có giao tiếp máy tính đặc
biệt là kiến thức và một số tài liệu về phun xăng điện tử của thầy: PGS.TS Đỗ Văn
Dũng và các luận văn thạc sỹ của các khoá trƣớc để dựa vào đó phát triển hệ thố ng
băng thử kim phun có giao tiếp máy tính.
-

Nghiên cứu, thử nghiệm và tìm giải pháp thích hợp từ đó đề ra phƣơng pháp

thiết kế cơ khí tối ƣu và mạch điều khiển phù hợp với thực tế để thuận tiện cho việc
lắp đặt hệ thống.
-

Tìm hiểu phần mềm LabVIEW để lập trình điều khiển cho hệ thống.

-

Đề xuất đƣợc thuật toán điều khiển hệ thống băng thử kim phun.

-

Tìm đƣợc giải pháp thử nghiệm kết cấu & chƣơng trình đã lập trình.

-

Đánh giá đƣợc kết quả đã nghiên cứu.

1.3 Đối tƣợng nghiên cứu
-

Các loại kim phun trên động cơ phun xăng.

-

Phần mềm LabVIEW.

-

Card giao tiếp Hocdelam USB-9090.

-

Camera chuyên dụng trong thu thập hình ảnh tia nhiên liệu.

-

Các thiết bị thu nhận tín hiệu, các cảm biến.

1.4 Điểm mới của đề tài
-

Chế tạo và thực nghiệm băng thử các loại kim phun trên động cơ phun xăng
có giao tiếp máy tính.

-

Ứng dụng phần mềm LabVIEW để lập trình và điều khiển hệ thống.

-

Băng thử hoạt động ở các chế độ:
+ Xác định áp suất phun.
+ Xác định góc phun.
+ Xác định độ tơi (sƣơng) của tia phun.
Thông qua việc xử lý hình ảnh của tia phun.

3


1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong quá trình thực hiện đề tài ― Nghiên cứu chế tạo băng thử kim phun có
giao tiếp máy tính‖ tác giả đã sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu.
- Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu.
- Phƣơng pháp thiết kế và chế tạo băng thử các loại kim phun có giao tiếp máy
tính.
- Phƣơng pháp lập trình điều khiển.

- Phƣơng pháp thực nghiệm trên băng thử thông qua giao tiếp giữa máy tính,
card giao tiếp và camera chuyên dụng.
- Phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm.
1.6 Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu chế tạo băng thử kim phun cho động cơ phun
xăng trên ô tô.
- Thu thập tín hiệu qua card giao tiếp Hocdelam USB – 9090.
-

Phần mềm LabVIEW.

-

Cơ sở lý thuyết về xử lý ảnh trong LabVIEW.

1.7 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Để thực hiện đề tài nghiên cứu này, tác giả tập trung chế tạo hệ thống băng thử
kim phun có giao tiếp máy tính.
- Trƣớc tiên, ngƣời nghiên cứu khảo sát các hệ thống băng thử kim phun từ
trƣớc đến nay.
- Sau đó, dựa trên những tài liệu đã đƣợc nghiên cứu, tác giả đề xuất một giải
pháp mới để thay thế cho hệ thống băng thử kim phun hiện tại.
- Cuố i cùng , thu thâ ̣p các tín

hiê ̣u qua máy tính thông qua phầ n mề m

LabVIEW, quan sát tiń hiê ̣u điề u khiể n để phân tić h , đánh giá hiê ̣u quả của việc kiểm
tra kim phun.
1.8 Các kết quả nghiên cứu
Cho tới thời điểm này, vẫn chƣa có một công trình nghiên cứu nào đƣợc công

bố về hệ thống này. Tuy nhiên tác giả đã tập hợp nhiều nguồn thông tin cũng nhƣ các
công trình nghiên cứu có liên quan để phục vụ cho việc nghiên cứu và phát triển đề tài.

4


Một số băng thử đã đƣợc nghiên cứu chế tạo nhƣ: băng thử kim phun của hãng
YAMAHA, thiết bị này đƣợc thiết kế để so sánh sự hoạt động của kim phun với một
kim phun tốt. Thiết bị có thể đo lƣợng nhiên liệu phun, góc phun và đồng thời vệ sinh
kim phun.
Thiết bị BI6 xuất xứ từ Italy, có chức năng kiểm tra kim phun xăng điện tử và
thông rửa hệ thống nhiên liệu, kết hợp thiết bị làm sạch bằng sóng siêu âm tích hợp
bên trong máy.
Thiết bị CRV – 66 của hãng Auto-Tech, có chức năng kiểm tra kim phun xăng
điện tử và thông rửa hệ thống nhiên liệu, kết hợp thiết bị làm sạch bằng sóng siêu âm
tích hợp bên trong máy.

5


CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Khái quát về hệ thống điều khiển lập trình động cơ
2.1.1 Lịch sử phát triển
Vào thế kỷ 19, một kỹ sƣ ngƣời Pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phun nhiên
liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một ngƣời Đức đã cho phun nhiên
liệu vào buồng cháy nhƣng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, ngƣời Đức áp
dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động
cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng

kiến này đã đƣợc ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu
cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ
thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu đƣợc phun
liên tục vào trƣớc supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K – Konstant – liên tục,
Jetronic - phun). K – Jetronic đƣợc đƣa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng
Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ
sau nhƣ KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L- Jetronic, Motronic …
Tên tiếng Anh của K – Jetronic là CIS (continuous injection sydtem) đặc trƣng
cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic (K – Jetronic –
với cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE –
Motronic ( kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí có nhiều
nhƣợc điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim
phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thống L – Jetronic (lƣợng nhiên liệu đƣợc
xác định nhờ cảm biến đo lƣu lƣợng khí nạp) và D – Jetronic (lƣợng nhiên liệu đƣợc
xác định dựa vào áp suất trên đƣờng ống nạp).
Đến năm 1984, ngƣời Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ
thống phun xăng L- Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với
động cơ A – ELU). Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L- Jetronic thay cho bộ chế hòa
khí của xe Nissan Sunny.
Song song, với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh
lửa theo chƣơng trình (ESA – electronic spark advance) cũng đƣợc đƣa vào sử dụng

6


vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó, vào những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp
(DIS – direct ignitton system) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này
đã có mặt trên hầu các xe thế hệ mới.
Ngày nay, gần nhƣ tất cả các ô tô đều đƣợc trang bị hệ thống điều khiển động
cơ cả xăng và diesel theo chƣơng trình, giúp động cơ đáp ứng đƣợc các yêu cầu gắt

gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, công suất động cơ cũng đƣợc
cải thiện rõ rệt.
Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là
động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection). Trong tƣơng lai gần, chắc chắn
GDI sẽ đƣợc sử dụng rộng rãi.

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ

7


2.1.2 Phân loại và ƣu nhƣợc điểm
2.1.2.1 Phân loại
Hệ thống phun nhiên liệu có thể đƣợc phân loại theo nhiều kiểu. Nếu phân biệt
theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại:
2.1.2.1.1 Loại CIS (continous injection system)
Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:
- Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu đƣợc điều khiển hoàn toàn bằng
cơ khí.
- Hệ thống K – Jetronic có cảm biến kí thải: có thêm một cảm biến oxy.
- Hệ thống KE – Jetronic: Hệ thống K – Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực
phun bằng điện tử.
- Hệ thống KE – Jetronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử.
Các hệ thống vừa nêu sử dụng trên các xe Châu Âu model trƣớc 1987.
2.1.2.1.2 Loại AFC (air flow controlled fuel injection)
Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện: Hệ thống phun xăng với kim phun
điện có thể chia làm 2 loại chính:
D- Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lƣợng xăng
phun đƣợc xác định bởi áp suất sau cánh bƣớm ga bằng cảm biến MAP (manifold
absolute pressure sensor).

L-Jetronic (xuất phát từ chữ Lufl trong tiếng Đức là không khí): với lƣợng xăng
phun đƣợc tính toán dựa vào lƣu lƣợng khí áp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trƣợt.
Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU- Jetronic
với cảm biến gió kiểu siêu âm …
Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC đƣợc chia
làm 2 loại:
2.1.2.1.3 Loại TBI (Throttle Body Injection)- phun đơn điểm
Hệ thống này có các tên gọi khác nhau nhƣ: SPI (single point injection), CI
(central injection), Mono – Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Kim phun đƣợc bố trí
phía trên cánh bƣớm ga và nhiên liệu đƣợc phun bằng một hai hai kim phun. Nhƣợc

8


điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tƣơng đối thấp do nhiên liệu
đƣợc phun ở vị trí xa supap hút và khả năng thất thoát trên đƣờng ống nạp.
2.1.2.1.4 Loại MPI (Multi Port Fuel Injection)- phun đa điểm
Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh
đƣợc bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15mm). Ống góp hút đƣợc thiết kế sao
cho đƣờng đi của không khí từ bƣớm ga đến xy lanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun
ra đƣợc hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát
trên đƣờng ống nạp. Hệ thống phun đa điểm ra đời khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm cơ
bản của hệ thống phun xăng đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống
này có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim (independent
injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection).
Nếu căn cứ vào đối tƣợng điều khiển theo chƣơng trình, ngƣời ta chia hệ thống
điều khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI – electronic fuel
injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều đánh lửa (ESA –
electronic spark advance), loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ
thống này có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên

(TCCS – Toyota Computer System), Nissan gọi tên là (ECCS – Electronic
Concentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều
khiển động cơ đốt trong ngày nay thƣờng gồm cả chức năng điều khiển hợp số tự động
và quạt làm mát động cơ.
Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển động
cơ làm 2 loại: analog và digital.
Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ năm 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển
chủ yếu dựa trên các mạch tƣơng tự (analog). Ở thế hệ này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm
bobine đƣợc đƣa về hộp điều khiển để từ đó hình thành xung điều khiển kim phun. Sau
đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều đƣợc thiết kế, chế tạo trên nền tảng của
các bộ vi xử lý (digital)
2.1.2.2 Ƣu điểm của hệ thống phun xăng
Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh.
Có thể đạt đƣợc tỉ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ.

9


Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bƣớm ga.
Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp
khí nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc.
Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao.
Do kim phun đƣợc bố trí gần supap hút nên dòng khí nạp trên ống góp hút có
khối lƣợng thấp (chƣa trộn với nhiên liệu) sẽ đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy, nhiên
liệu sẽ không còn thất thoát trên đƣờng ống nạp và hòa khí sẽ đƣợc trộn tốt hơn.
2.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình và thuật toán điều khiển
2.2.1. Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng
Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo
chƣơng trình đƣợc mô tả trên hình 2.2 và 2.3. Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào
(inputs) với chủ yếu là các cảm biến; hộp ECU (electronic control unit) là bộ não của

hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành
(actuators) nhƣ kim phun, bobine, van điều khiển cầm chừng …

10