thiết kế, chế tạo mô hình và bài giảng tích hợp cho động cơ phun xăng có hệ thống vvt i

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN ĐỨC TÁM

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
VÀ BÀI GIẢNG TÍCH HỢP CHO ĐỘNG CƠ
PHUN XĂNG CÓ HỆ THỐNG VVT-I
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S KC 0 0 4 2 1 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN ĐỨC TÁM

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ BÀI GIẢNG
TÍCH HỢP CHO ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG CÓ HỆ THỐNG
VVT-I

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN ĐỨC TÁM

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ BÀI GIẢNG TÍCH
HỢP CHO ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG CÓ HỆ THỐNG
VVT-I

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học
PGS.TS: ĐỖ VĂN DŨNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ và tên: Trần Đức Tám
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 20 tháng 01 năm 1978
Nơi sinh: Xã Mỹ Hà, huyện Mỹ Lộc, tỉnh Nam Định
Quê quán: Xã Mỹ Hà, huyện Mỹ Lộc, tỉnh Nam Định

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 388/10/17 Nguyễn Bỉnh Khiêm- Rạch Giá- Kiên
Giang
Điện thoại cơ quan: 0773.863530
Điện thoại nhà riêng: 0947413637
Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ năm 1996 đến năm 2000.

Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ khí động lực
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thi tốt nghiệp
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 2000
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
2001 - 2003
2004 đến nay

Cty TNHH Lâm Viễn – Hố Nai 3Đồng Nai
Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ
thuật Kiên Giang

i

Nhân viên
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 chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2013
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trần Đức Tám

ii


LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn:
 PGS. TS Đỗ Văn Dũng – Hiệu Trưởng trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP. Hồ Chí Minh, giảng viên hướng dẫn khoa học.
 Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Kiên Giang.
 Quý Thầy, Cô khoa Cơ Khí Động Lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP. Hồ Chí Minh.
 Quý Thầy khoa Cơ khí Động lực trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Kiên
Giang.
 Các bạn học viên lớp cao học Kỹ thuật Cơ khí động lực khóa 2011-2013B
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Tthuật TP. Hồ Chí Minh.
Đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt khóa học
cũng như thực hiện đề tài này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2013
Người nghiên cứu

Trần Đức Tám

iii


TÓM TẮT
Luận văn có tựa đề "Thiết kế, chế tạo mô hình và bài giảng tích hợp cho động cơ
phun xăng có hệ thống VVT-i" được hoàn thành vào tháng 8 năm 2013, tại trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
Nội dung chính của luận văn bao gồm:

 Thiết kế chế tạo mô hình động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i.
 Mô phỏng kết cấu, nguyên lý hoạt động của các hệ thống như hệ thống VVT-i, hệ
thống khởi động, hệ thống điều khiển không tải, các cảm biến và các mạch điện
điều khiển động cơ nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy chuyên ngành công
nghệ ô tô.
 Biên soạn các bài giảng tích hợp về sửa chữa hệ thống điện động cơ phun xăng
có hệ thống VVT-i.
Mô hình động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i được thiết kế, chế tạo trên động cơ
phun xăng Toyota Yaris 1SZ-FE. Đây là động cơ nhỏ gọn, dễ di chuyển được trang
bị hệ thống van biến thiên thông minh (VVT-i) rất thuận tiện để làm mô hình giảng
dạy, phù hợp với mục tiêu đề ra của đề tài. Trong đó hệ thống VVT-i, hệ thống khởi
động, các cảm biến, các mạch điện điều khiển động cơ như mạch cấp nguồn, mạch
điều khiển đánh lửa, điều khiển phun nhiên liệu, ... được thiết kế mô phỏng về kết
cấu, nguyên lý làm việc bằng phần mềm Macromedia Flash nhằm phục vụ cho công
tác giảng dạy trực quan của giáo viên, công tác tự nghiên cứu của học sinh trong
học tập về động cơ phun xăng được tốt hơn, góp phần nâng cao hiệu quả đào tạo
ngành công nghệ ô tô tại các trường học, cơ sở dạy nghề. Ngoài ra, để giúp cho việc
sử dụng mô hình đạt hiệu quả tốt trong giảng dạy và học tập, tác giả đã biên soạn bộ
tài liệu giảng dạy theo chương trình đào tạo hệ cao đẳng ngành công nghệ ô tô, kèm
theo mô hình.

iv


ABSTRACT

The thesis "Designing, manufacturing model and integrated lectures for fuel
injection engine with VVT-i system" was completed in August 2013, at the
University of Technical Education of Ho Chi Minh City.
The main contents of the thesis include:

• Designing and manufacturing the model of fuel injection engine with VVT-i
system.
• Simulating the structure and the operation principle of the system as the VVT-i
system, the boot system, the sensor as well as the electric motor control circuits to
serve the specialized teaching which is automotive technology.
• Compiling integrated lectures of repairing electrical system of fuel injection
engine with VVT-i system.
The model of fuel injection engine with VVT-i system is designed and
manufactured on the fuel injection engine of 1SZ-FE Toyota Yaris. This engine is
small, easy to move, and it is equipped with the Variable Valve Timing with
intelligence(VVT-i) system which is very suitable to be used as a teaching model.
In the VVT-i system, the boot system, the idle speed control system, the sensors, the
electric motor control circuits such as the power circuit, the ignition control circuit,
the fuel injection controller and ect are designed to simulate the structure, operation
principle by Macromedia Flash software to serve the teachers’ visual teaching, the
student's self-study learning about fuel injection better and contribute to improve
training in automotive technology at schools and vocational schools. Moreover, to
use this model in teaching and learning well, the author has compiled teaching
materials in training systemcolleges majored in automotive technology together
with the model.

v


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

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 chữ viết tắt ..................................................................................... xi
Danh sách các hình ................................................................................................ xii
Danh sách các bảng ............................................................................................... xvii
Chƣơng 1: TỔNG QUAN.................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu .................................................................. 1
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ...................................................... 3
1.2.1. Tình hình nghiên cứu hệ thống van biến thiên trên thế giới ......................... 3
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................ 7
1.3.

Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu ............................................................... 8

1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................... 8
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 9
1.4.

Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu................................................................ 9

1.4.1. Nhiệm vụ .................................................................................................... 9
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... .9
1.5.

Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 10

Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................ 11

2.1. Tổng quan về hệ thống VVT-i ........................................................................ 11
2.1.1. Ảnh hưởng của góc trùng điệp đến công suất, tiêu hao nhiên liệu và khí thải
trên động cơ........................................................................................................... 12

vi


2.1.2. Sơ đồ tổng thể hệ thống VVT-i .................................................................... 14
2.1.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống VVT-i ................................................................. 15
2.1.4. Thời điểm phối khí hệ thống VVT-i ............................................................. 15
2.1.5. Bộ chấp hành hệ thống VVT-i .................................................................... 16
2.1.5.1. Bộ điều khiển VVT-i ................................................................................ 17
2.1.5.2. Van điều khiển dầu phối khí ..................................................................... 17
2.1.6. Hoạt động của hệ thống VVT-i .................................................................... 18
2.1.6.1. Làm sớm thời điểm phối khí ..................................................................... 18
2.1.6.2. Làm muộn thời điểm phối khí ................................................................... 19
2.1.6.3. Chế độ giữ ............................................................................................... 19
2.1.6.4. Dạng xung điều khiển VVT-i .................................................................... 20
2.1.7. Những biến thể khác của hệ thống VVT-i trên động cơ Toyota .................... 20
2.1.7.1. Hệ thống Dual VVT-i ............................................................................... 20
2.1.7.2. Hệ thống VVTL-i ..................................................................................... 21
2.1.7.3. Hệ thống VVT-iE ..................................................................................... 25
2.2. Giới thiệu hệ thống van biến thiên trên một số xe thông dụng tại Việt Nam ... 26
2.2.1. Hệ thống VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control) của
hãng Honda ........................................................................................................... 26
2.2.2. Hệ thống MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control
system ) của hãng Mitsubishi ................................................................................. 28
Chƣơng 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
PHUN XĂNG CÓ HỆ THỐNG VVT-I BẰNG PHẦN MỀM
MACROMEDIA FLASH .................................................................................... 32

3.1. Khái quát về phần mềm Macromedia Flash ................................................... 32
3.2. Quy trình thiết mô phỏng kế trên mềm Macromedia Flash 8 ........................... 33
3.3.Thiết kế mô phỏng hệ thống điện điều khiển động cơ phun xăng 1SZ-FE ........ 39
3.3.1. Mô phỏng giao diện chính ........................................................................... 39
3.3.2. Mô phỏng van điều khiển dầu và hệ thống VVT-i ........................................ 40
3.3.3. Mô phỏng các cảm biến tín hiệu đầu vào ..................................................... 41

vii


3.3.4. Mô phỏng các mạch điện điều khiển động cơ............................................... 42
3.3.5. Mô phỏng các hệ thống khác ....................................................................... 44
Chƣơng 4. THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG CÓ
HỆ THỐNG VVT-I ............................................................................................. 46
4.1. Giới thiệu động cơ 1SZ-FE ............................................................................. 46
4.1.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ 1SZ-FE .............................. 47
4.1.2. Các tín hiệu đầu vào .................................................................................... 48
4.1.3. Hệ thống điều khiển ..................................................................................... 48
4.1.4. Hệ thống chẩn đoán. .................................................................................... 49
4.1.5. Hệ thống dự phòng. ..................................................................................... 49
4.2. Thiết kế, chế tạo mô hình động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i ................... 51
4.2.1. Cấu tạo mô hình........................................................................................... 51
4.2.2. Đặc điểm kỹ thuật các bộ phận chính trên mô hình ...................................... 53
4.2.3. Các yêu cầu khi sử dụng mô hình ................................................................ 58
Chƣơng 5. THIẾT KẾ BÀI GIẢNG TÍCH HỢP THỰC TẬP ĐỘNG CƠ PHUN
XĂNG CÓ HỆ THỐNG VVT-I .......................................................................... 59
5.1.

Cơ sở lý thuyết về dạy học tích hợp ............................................................ 59

5.1.1. Khái niệm dạy học tích hợp ........................................................................ 59
5.1.2. Mục đích của dạy học tích hợp ................................................................... 60
5.1.3. Đặc điểm của dạy học tích hợp ................................................................... 61
5.2.

Biên soạn các bài giảng thực hành điện động cơ cho động cơ phun xăng
có hệ thống VVT-i ...................................................................................... 66

5.2.1. Những yêu cầu khi biên soạn bài giảng ...................................................... 66
5.2.2. Biên soạn các bài giảng thực tập điện động cơ phun xăng theo mô hình..... 67
Bài 01: Kiểm tra mạch nguồn, mạch VC và mạch nối đất ...................................... 67
Bài 02: Kiểm tra cảm biến đo gió .......................................................................... 72
Bài 03: Kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga .............................................................. 76
Bài 04: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát ................................................. 80
Bài 05: Kiểm tra cảm biến oxy .............................................................................. 84

viii


Bài 06: Kiểm tra cảm biến kích nổ......................................................................... 88
Bài 07: Kiểm tra cảm biến G, cảm biến NE ........................................................... 92
Bài 08: Kiểm tra mạch điều khiển quạt làm mát .................................................... 96
Bài 09: Kiểm tra van điều khiển dầu phối khí VVT-i ............................................. 100
Bài 10: Kiểm tra bơm nhiên liệu ............................................................................ 103
Bài 11: Kiểm tra áp suất hệ thống nhiên liệu.......................................................... 107
Bài 12: Kiểm tra kim phun .................................................................................... 110
Bài 13: Kiểm tra van điều khiển tốc độ không tải ISC .......................................... 115
Bài 14: Kiểm tra hệ thống đánh lửa ....................................................................... 119
Bài 15: Chẩn đoán động cơ qua hệ thống tự chẩn đoán OBD-2 ............................. 125
Chƣơng 6. KẾT LUẬN- HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ...................... 129

6.1. Kết luận .......................................................................................................... 132
6.2. Hướng phát triển của đề tài ............................................................................. 133
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 134

ix


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
 ECU ( Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử
 EFI (Electronic Fuel Injection): Hệ thống phun xăng điện tử
 ISC ( Idle Speed Control):Điều khiển tốc độ cầm chừng
 SW (Switch):Công tắc
 BAT ( Battery) : Accu
 MAF sensor (Mass Air Flow sensor):Cảm biến lưu lượng khí nạp 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 thống 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): Cảm biến vị trí trục cam
 CKP (Crankshaft position sensor ): Cảm biến vị trí trục khuỷu
 ADRC(active disturbance rejection controller): Hoạt động điều khiển loại bỏ
nhiễu
 EGR ( Exhaust Gas Recirculation): Hệ thống luân hồi khí xả
 VCR ( Variable Compression Ratio): Tỷ lệ nén biến thiên
 OBD (On-Board Diagnostic): Hệ thống chẩn đoán
 AFR (Air/Fuel Ratio): Tỷ lệ không khí/nhiên liệu
 CA (Crank Angle): Góc quay trục 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
thống van biến thiên điều khiển điện tử Mitsubishi

x


 DTC (Diagnostic Trouble Codes) : Mã lỗi

 DLC (Diagnostic Link Connector) : Giắc kết nối chẩn đoán

xi


DANH SÁCH HÌNH

HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Hệ thống VVT-i trên động cơ ................................................................ 12
Hình 2.2: Ảnh hưởng của góc trùng điệp xu-páp đến khí xả động cơ ..................... 13
Hình 2.3: Ảnh hưởng góc trùng điệp xupap đến tiêu hao nhiên liệu ....................... 13
Hình 2.4: Ảnh hưởng của hệ thống VVT-i đến công suất động cơ ......................... 14
Hình 2.5: Sơ đồ tổng thể hệ thống VVT-i .............................................................. 14
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống VVT-i ........................................................... 15
Hình 2.7: Thời điểm phối khí hệ thống VVT-i ....................................................... 16
Hình 2.8: Bộ điều khiển VVT-i ............................................................................. 17
Hình 2.9: Van điều khiển dầu phối khí VVT-i ....................................................... 18

Hình 2.10: Làm sớm thời điểm phối khí ................................................................ 19
Hình 2.11: Làm muộn thời điểm phối khí ............................................................. 19
Hình 2.12: Giữ thời điểm phối khí ........................................................................ 20
Hình 2.13: Dạng xung điều khiển VVT-i ............................................................... 21
Hình 2.14: Hệ thống Dual VVT-i trên động cơ 2GR-FE ........................................ 21
Hình 2.15: Hệ thống VVTL-I trên động cơ 2ZZ-GE .............................................. 21
Hình 2.16: Sơ đồ tổng thể hệ thống VVTL-i .......................................................... 22
Hình 2.17: Van điều khiển dầu VVTL-i. ................................................................ 22
Hình 2.18: Cấu tạo trục cam và cò mổ hệ thống VVTL-i ....................................... 23
Hình 2.19: Hoạt động của hệ thống VVTL-i ở tốc độ thấp và trung bình ............... 24
Hình 2.20: Hoạt động của hệ thống VVTL-i ở tốc độ cao ...................................... 24
Hình 2.21: Hệ thống VVT-iE trên động cơ Lexus 460 1UR-FSE ........................... 25
Hình 2.22: Cấu tạo hệ thống VTEC ....................................................................... 26
Hình 2.23: Vị trí cam ở tốc độ thấp........................................................................ 27
Hình 2.24: Vị trí cam ở tốc độ cao ......................................................................... 27
Hình 2.25: Các kiểu hệ thống VTEC bố trí trên động cơ Honda ............................ 28

xii


Hình 2.26: Hệ thống MIVEC trên động cơ 4G92 của Mitsubishi ........................... 29
Hình 2.27: Kết cấu hệ thống MIVEC ..................................................................... 30
Hình 2.28: Các chế hoạt động của hệ thống MIVEC.............................................. 30
Hình 3.1: Giao điện khởi động 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: Tạo hình ảnh Bitmap .............................................................................. 35
Hình 3.5: Tạo chuyển động liên túc đối tượng mô phỏng....................................... 36
Hình 3.6: Xử lý hình ảnh đối tượng mô phỏng....................................................... 37
Hình 3.7: Tạo lệnh dừng đoạn phim mô phỏng ...................................................... 37

Hình 3.8: Save và định dạng đoạn phim mô phỏng ................................................ 39
Hình 3.9: Giao diện mô phỏng các hệ thống điều khiển động cơ Toyota 1SZ-FE. . 40
Hình 3.10: Mô phỏng hệ thống VVT-i. .................................................................. 40
Hình 3.11: Mô phỏng van điều khiển dầu VVT-i ................................................... 41
Hình 3.12: Mô phỏng cảm biến vị trí trục cam....................................................... 41
Hình 3.13: Mô phỏng cảm biến vị trí trục khuỷu ................................................... 42
Hình 3.14: Mô phỏng cảm biến kích nổ ................................................................. 42
Hình 3.15: Mô phỏng mạch điều khiển bơm xăng ................................................. 43
Hình 3.16: Mô phỏng mạch cấp nguồn .................................................................. 43
Hình 3.17: Mô phỏng mạch điều khiển kim phun .................................................. 43
Hình 3.18: Mô phỏng mạch điều khiển quạt làm mát ............................................. 44
Hình 3.19: Mô phỏng mạch điều khiển đánh lửa.................................................... 44
Hình 3.20: Mô phỏng hệ thống điều khiển không tải ISC ...................................... 45
Hình 3.21: Mô phỏng hệ thống khởi động động cơ ............................................... 45
Hình 4.1: Động cơ Toyota Yaris 1SZ-FE............................................................... 47
Hình 4.2: Vị trí các chi tiết điều khiển động cơ 1SZ-FE......................................... 47
Hình 4.3: Hình chiếu trục đo và hình chiếu đứng 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

xiii


Hình 4.6: Động cơ 1SZ-FE được lắp đặt trên khung mô hình ................................ 52
Hình 4.7: Sơ đồ chân ECU trên mô hình................................................................ 53
Hình 4.8: Sơ đồ mạch điện động cơ 1SZ-FE .......................................................... 54
Hình 5.1: Các thành phần của cấu trúc năng lực .................................................... 62
Hình 5.2: Sơ đồ mạch cấp nguồn ........................................................................... 68
Hình 5.3: Sơ đồ mạch VC ...................................................................................... 69
Hình 5.4: Sơ đồ mạch nối đất ................................................................................ 69

Hình 5.5: Kiểm tra mạch rơ le EFI......................................................................... 70
Hình 5.6: Kiểm tra hoạt động rơ le EFI.................................................................. 71
Hình 5.7: Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy................................... 73
Hình 5.8: Hoạt động và chức năng của cảm biến MAF ......................................... 73
Hình 5.9: Sơ đồ mạch điện cảm biến MAF ............................................................ 74
Hình 5.10: Kiểm tra điện áp cấp cho cảm biến MAF ............................................. 75
Hình 5.11: Kiểm tra điện áp đầu ra cảm biến MAF ................................................ 75
Hình 5.12: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga .......................................................... 77
Hình 5.13: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và độ mở bướm ga ............. 77
Hình 5.14: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga ............................................ 78
Hình 5.15: Kiểm tra điện trở cảm biến vị trí bướm ga ............................................ 78
Hình 5.16: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát ............................................. 81
Hình 5.17: Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của cảm biến nhiệt độ
nước làm mát ................................................................................................................. 81
Hình 5.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát................................ 81
Hình 5.19: Đo điện trở cảm biến nhiệt độ nước làm mát ........................................ 82
Hình 5.20: Cấu tạo cảm biến oxy ........................................................................... 85
Hình 5.21: Đặc tính của cảm biến oxy ................................................................... 85
Hình 5.22: Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy ............................................................. 86
Hình 5.23: Đo điện trở bộ sấy cảm biến ................................................................. 86
Hình 5.24: Xung điện dạng sóng cảm biến oxy ...................................................... 87
Hình 5.25: Cấu tạo cảm biến kích nổ ..................................................................... 89

xiv


Hình 5.26: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và tần số kích nổ ................ 89
Hình 5.27: Dạng xung tín hiệu cảm biến kích nổ ................................................... 90
Hình 5.28: Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ ....................................................... 90
Hình 5.29: Kiểm tra điện trở cảm biến ................................................................... 90

Hình 5.30: Dạng xung tín hiệu cảm biến G, NE ..................................................... 93
Hình 5.31: Sơ đồ mạch điện cảm biến G, NE trên động cơ .................................... 93
Hình 5.32: Kiểm tra điện trở cảm biến vị trí trục khuỷu ......................................... 94
Hình 5.33: Kiểm tra điện trở cảm biến G ............................................................... 95
Hình 5.34: Sơ đồ mạch điện điều khiển quạt làm mát ............................................ 97
Hình 5.35: Kiểm tra dòng điện qua quạt bằng Ampe kế ......................................... 98
Hình 5.36: Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí VVT-i ......................................... 101
Hình 5.37: Kiểm tra điện trở của van VVT-i .......................................................... 101
Hình 5.38: Kiểm tra hoạt động của van .................................................................. 102
Hình 5.39: Dạng xung của van điều khiển dầu VVT-i ........................................... 102
Hình 5.40: Cấu tạo cụm bơm nhiên liệu................................................................. 104
Hình 5.41: Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm nhiên liệu ......................................... 104
Hình 5.42: Kiểm tra điện trở bơm nhiên liệu.......................................................... 105
Hình 5.43: Kết nối đồng hồ đo áp suất với ống nhiên liệu ...................................... 108
Hình 5.44: Kiểm tra áp suất nhiên liệu................................................................... 108
Hình 5.45: Áp suất nhiên liệu ở tốc độ không tải ................................................... 109
Hình 5.46: Áp suất nhiên liệu sau khi tắt máy ........................................................ 109
Hình 5.47: Cấu tạo kim phun ................................................................................. 111
Hình 5.48: Kiểm tra điện trở kim phun .................................................................. 112
Hình 5.49: Kết nối bộ dụng cụ đo vào kim phun .................................................... 112
Hình 5.50: Kết nối 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 tạo van ISC kiểu van xoay, một cuộn dây tích hợp........................ 116
Hình 5.54: Mạch điện điều khiển van ISC ............................................................. 117

xv


Hình 5.55: Kiểm tra hoạt động mở của van ISC..................................................... 117

Hình 5.56: Gia tăng tốc độ cầm chừng từ 900-1300 vòng/phút trong 5 giây .......... 118
Hình 5.57: Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp Bobine-IC tích hợp .......................... 120
Hình 5.58: Mạch điện điều khiển đánh lửa ............................................................ 120
Hình 5.59: Mạch kiểm tra cụm IC-bobine tích hợp ............................................... 121
Hình 5.60: Kiểm tra điện trở bugi ......................................................................... 122
Hình 5.61: Kiểm tra khe hở điện cực bugi ............................................................. 122
Hình 5.62: Dạng xung tín hiệu IGT, IGF ............................................................... 123
Hình 5.63: Sơ đồ nguyên lý chẩn đoán hư hỏng động cơ ....................................... 126
Hình 5.64: Giắc chẩn đoán OBD-2 ........................................................................ 126
Hình 5.65: Các dạng ký hiệu đèn Check ................................................................ 127
Hình 5.66: Ý nghĩa các ký tự trong một mã lỗi ...................................................... 128
Hình 5.67: Máy chẩn đoán cầm tay của Toyota ..................................................... 130

xvi


DANH SÁCH BẢNG

BẢNG

TRANG

Bảng 4.1. Quan hệ giữa mạch có tín hiệu không bình thường và chức năng an toàn
50
Bảng 4.2: Ký hiệu các chân trong hộp ECU........................................................... 56
Bảng 4.3. Bảng điện áp các cực của ECU .............................................................. 58
Bảng 5.1: Bảng trạng thái của khóa điện ............................................................... 71
Bảng 5.2: Bảng giá trị điện trở cảm biến vị trí bướm ga ......................................... 78
Bảng 5.3: Bảng giá trí điện áp cảm biến vị trí bướm ga ......................................... 79
Bảng 5.4: Bảng giá trị điện trở cảm biến nhiệt độ nước làm mát ............................ 82

Bảng 5.5: Bảng giá trị điện áp cảm biến nhiệt độ nước làm mát ............................. 83
Bảng 5.6: Bảng giá trị điện trở cảm biến NE.......................................................... 94
Bảng 5.7: Bảng giá trị điện trở cảm biến G ............................................................ 95
Bảng 5.8: Một số mã chẩn đoán OBD-2 ................................................................ 130

xvii


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu.

Trước thực trạng nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày cạn kiệt, vấn đề ô nhiễm
môi trường từ khí xả động cơ đốt trong đang ngày một trầm trọng, các thiết bị tiện
nghi trên xe ô tô ngày càng nhiềunhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người
sử dụng xe ô tô,đòi hỏi động cơ làm việc cần phải có công suất ngày càng cao.
Chính vì vậy, việc tính toán thiết kế ô tô ngày nay đang phải đối mặt với hai vấn đề
quan trọng đó là:Nâng cao công suất động cơ nhưng phải đảm bảo việc bảovệ hệ
sinh thái, bảo vệ môi trường đồng thời tiết kiệm nguồn nhiên liệu sử dụng trên động
cơ.Để giải quyết vấn đề này, trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô đã
có những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển
động cơ đốt trong.
Một trong những sự tiến bộ này là thay đổi phương thức nạp liệu truyền thống với
góc phối khí là cố định bằng phương pháp nạp liệu mới mà trong đó góc phối khí
thay đổi khi tốc độ và tải trọng của động cơ thay đổi, đó là hệ thống van biến thiên
(Variable Valve Timing-VVT) hay còn gọi là hệ thống phân phối khí điện tử. Hệ
thống này tối ưu hóa góc phối khí của trục cam dựa trên chế độ làm việc của động

cơ phối hợp với các cảm biến điều khiển chủ động như: cảm biến vị trí bướm ga,
cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến nhiệt độ nước làm
mát,v.v…Trong quá trình hoạt động tín hiệu từ các cảm biến gửi về ECU, ECU sẽ
quyết định đóng hoặc hoặc mở van điều khiển dầu phối khí trục cam để tác động lên
bộ điều khiển VVT làm cho trục cam xoay tương đối đi một góc so với vị trí chuẩn
của nó nhằm làm thay đổi thời điểm phối khí. Với thiết kế này đã làm tăng công
suất của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường do khí thải
động cơ sinh ra.

1


Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là: Công suất động cơ tăng, lượng nhiên liệu tiêu
thụ giảm. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng động cơ có bố trí hệ thống VVT công suất
tăng từ 7-10%, lượng tiêu hao nhiên liệu giảm từ 4-5% và đặc biệt là giảm thiểu
được ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ sinh ra so với động cơ không có hệ
thống VVT. Với những ưu điểm đó, hệ thống VVT ngày nay được bố trí hầu hết
trên các xe ô tô hiện đại.Đối với hãng Toyota hệ thống có tên gọi là VVT-i, biến thể
của nó là Dual VVT-i hoặc VVTL-i và VVT-iE; đối với hãng Honda nó có tên gọi
là VTEC, hãng Mitsubishi nó có tên gọi là MIVEC, ...
Tuy nhiên,việc đưa các công nghệ điều khiển bằng điện - điện tử kết hợp thủy lực
đã giải quyết được các yêu cầu ngày càng khắt khe về ô nhiễm môi trường, tiêu hao
nhiên liệu, ...nhưng sẽ làm phức tạp thêm hệ thống, việc nghiên cứu hệ thống, bảo
dưỡng và sửa chữa khó khăn, người sử dụng cần chăm sóc hệ thống cung cấp điện
chặt chẽ hơn (máy phát điện, ắc quy,...).
Bên cạnh đó, cùng với sự cải tiến không ngừng về công nghệ trên xe ô tô hiện nay
thì công tác đào tạo ngành công nghệ ô tô ở các trường học, trung tâm đào tạo cũng
không ngừng được cải tiến cả về chương trình đào tạo lẫn trang bị các trang thiết bị
hiện đại phục vụ cho quá trình đào tạo của mình nhằm đáp ứng được nhu cầu ngày
càng cao của xã hội về chất lượng đào tạo. Đối với công tác giảng dạy ngành công

nghệ ô tô cần phải có sự trực quan nhiều thì mô hình, hình ảnh mô phỏng đóng vai
trò hết sức quan trọng trong việc giảng dạy của giáo viên và việc tự học của sinh
viên. Thông qua mô hình kết hợp mô phỏng người học dễ dàng nhận diện được các
chi tiết và hoạt động của các hệ thống trên xe ô tô, đồng thời cũng có khả năng tự
học, tự tìm kiến thức cho bản thân. Ngoài ra mô hình còn giúp người học có khả
năng thực hành sửa chữa một cách hiệu quả trước 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” được thực hiện với
mục đích chính là nâng cao hiệu quả đào tạo ngành công nghệ ô tô, tạo điều kiện
thuận lợi cho giáo viên và sinh viên trong quá trình giảng dạy và nghiên cứu về

2


động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i, đồng thời góp phần hiện đại hóa phương
tiện và phương pháp dạy thực hành trong đào tạo ngành công nghệ ô tô.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.
1.2.1. Tình hình nghiên cứu về hệ thống VVT trên thế giới:
Thực tế hiện nay nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, trong khi đó
nguồn nhiên liệu thay thế vẫn còn nhiều hạn chế và tình trạng ô nhiễm môi trường
do khí thải động cơ sinh ra đang ngày một trầm trọng thì việc nâng cao hiệu suất
làm việc của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường có thể nói
đó là tiêu chí hàng đầu đối với mỗi hãng chế tạo ô tô.
Trong những năm gần đây động cơ ô tô đã có những thay đổi nhất định, nhất là hệ
thống điều khiển động cơ.Đã có hàng trăm công trình nghiên cứu của các nhà khoa
học nhằm hoàn thiện hơn nữa động cơ đốt trong. Các công trình nghiên cứu tập
trung chủ yếu vào công nghệ điều khiển động cơ với mục đích tăng hiệu quả cháy
trong động cơ, cải thiện quá trình nạp, thải nhằm tăng công suất động cơ, giảm tiêu
hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.

Một số nghiên cứu đáng chú ý trên thế giới:
-

Công trình nghiên cứu “Combustion phasing model for control of a gasoline-

ethanol fueled SI engine with variable valve timing” của Hall, Ray W. Herrick Purdue Univ, West Lafayette, USA năm 2012. Nội dung của công trình là: Trước
thực trạng nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt, nhiên liệu Ethanol, một
dạng năng lượng tái tạo đang được sử dụng như nguồn nhiên liệu thay thế hữu hiệu
trên động cơ xăng. Ethanol được pha trộn với nhiên liệu xăng và đang được sử
dụng trên động cơ xăng bố trí hệ thống VVT, một công nghệ cho phép kiểm soát
lượng hỗn hợp môi chất nạp vào xy lanh nhằm tăng hiệu suất động cơ. Phần khí
cháy cũng như tỷ lệ pha trộn Ethanol ảnh hưởng đến thời gian cháy và ghi nhận lại
những ảnh hưởng này là điều cần thiết. Qua đó công trình đề xuất một mô hình vật
lý có thể ghi nhận quá trình đốt cháy của hỗn hợp trong động cơ và phép điều
chỉnh đến giá trị tối ưu dù có những thay đổi chồng chéo nhiên liệu. Mô hình quản

3


lý theo định hướng này đã được xác nhận rộng rãi tại hơn 500 địa điểm trên phạm
vi động cơ hoạt động hỗn hợp xăng và ethanol.
-

Công trình nghiên cứu “ADRC variable valve timing control system of

gasoline engine ” của YuYan Ying, Xie Hui Gao, Đại học Thiên Tân, Thiên Tân,
Trung Quốc năm 2011. Nội dung của đề tài làtrình bàyviệc áp dụngmột bộ điều
khiểnloại bỏnhững tác động gây nhiễu(ADRC) đối với hệ thống van biến thiên
(VVT) trên xe ô tô. Mục tiêu chính của việc điều khiển là thông qua việc sử dụng
băng thông - thông số kỹ thuật để xử lý các tín hiệu gây nhiễu. Các mô phỏng

của hệ thống VVT dựa trên AMESim / Simulink được thiết lập để kiểm tra hiệu
suất của ADRC. Ngoài ra,ADRCchỉ cóhai thông sốđiều chỉnh, làm cho nó rất đơn
giản đểthực hiện vàđiều chỉnhtrong thế giới thực.
-

Công trình nghiên cứu “Optimization design of intake manifold and valve

timing of gasoline engine based on AMESim code” của

Han Wenyan

Sch. of Automotive Studies, Tongji Univ, Shanghai, China năm 2011. Nội dung
của công trình nghiên cứu là tối ưu hóa thiết kế đường ống nạp và van biến thiên
động cơ xăng dựa trên mã AMESim để đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu và mô
menđộng cơ ở chế độ tốc độ thấp và trung bình. Để có được mức tiêu thụ nhiên
liệu thấp hơn và mô men xoắn cao hơn ở tốc độ thấp và trung bình, tác giả đã sử
dụng một động cơ mô phỏng động cơ xăng. Sau khi thiết lập các dữ liệu thử
nghiệm, mô hình mô phỏng được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất làm việc của
động cơ xăng. Những ảnh hưởng của chiều dài đường ống nạp và van biến thiên tới
mô men xoắn, mức tiêu hao nhiên liệu động cơ được phân tích một cách chi tiết.
Kết quả cho thấy, mômen xoắn động cơ và mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể trong giai
đoạn tốc độ thấp và trung bình có thể được cải thiện một cách hiệu quả như thời
gian van được tối ưu hóa và phù hợp với chiều dài đường ống nạp hợp lý bằng
cách sử dụng các hiệu ứng khí động.
-

Công trình nghiên cứu “An investigation for improving power performance

by VVT effect of spark ignition engine by WAVE simulation” của Ganbold, T.
Sch. of Mech. Eng, MUST, Ulaanbaatar, Mongolia năm 2010. Công trình được

4


thực hiện bằng cách mô phỏng động cơ phun xăng có hệ thống van biến thiên
(VVT) bằng phần mềm mô phỏng WAVE của Ricardo. Các kết quả mô phỏng được
đánh giá cao về thử nghiệm mô men xoắn và giúp dự đoán xu hướng về hiệu suất
của động cơ khi có sự thay đổi thời gian đóng mở của van biến thiên. Công trình
nghiên cứu này cũng mô tả các tác động của thời gian đóng mở hệ thống van biên
thiên đến lực, mômen xoắn và khí còn sót lại.
-

Công trình nghiên cứu “Air Path Estimation for a Turbocharged SI Engine

with Variable Valve Timing” của Leroy - Fancais du Petrole, Rueil- Malmaison
năm 2007. Nội dung của công trình nghiên cứu này là: Trong bối cảnh các tiêu
chuẩn ô nhiễm ngày càng nghiêm ngặt, động cơ giảm phát thải các chất ô nhiễm là
một thách thức lớn cho các động cơ xăng đòi hỏi phải kiểm soát tốt tỷ lệ không khí /
nhiên liệu đi vào động cơ. Qua đó người viết đã xem xét nghiên cứu một động cơ
phun xăng được trang bị với thiết bị truyền động van biến thời gian, thiết bị này
hoạt động như là một sự xáo trộn bằng cách tác động đến dòng chảy khối không khí
thông qua các van đầu vào. Tác động này có thể được ước tính từ đo lường thời
gian thực. Sau đó hai phương pháp kiểm soát khối không khí hút vào động cơ được
đề xuất trong bài báo này. Sau khi chứng minh hội tụ trong hai trường hợp, tác giả
tiến hành so sánh dựa trên các kết quả mô phỏng.
-

Công trình nghiên cứu “Modeling, simulation and control of an automotive

gasoline engine” của Scattolini- Dipt. di Elettronica e Informazione, Politecnico di

Milano, Milan năm 2006. Nội dung nghiên cứu của đề tài là: Thực tế trên một động
cơ xăng hiện nay được trang bị các thiết bị truyền động mới, chẳng hạn như van
biến thiên thời gian (VVT), van tiết lưu điện (ETC) và van tuần hoàn khí xả (EGR).
Tất cả các thiết bị truyền động được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất động cơ, giảm
tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải gây ô nhiễm. Đổi lại, sự hiện diện của chúng
làm cho sự kiểm soát của động cơ là một nhiệm vụ khó khăn do tính chất đa biến
nội tại của vấn đề. Do đó công trình nghiên cứu này đã sử dụng một mô hình định
hướng để kiểm soát hoạt động của động cơ xăng được trang bị với các thiết bị này

5