Đề tài Chế tạo hệ thống đánh pan – Biên soạn tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Chế tạo hệ thống đánh pan – Biên soạn tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ChẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH PAN - BIÊN SOẠN TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC TẬP TRÊN ĐỘNG CƠ 1G - FE ChỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: NGUYỄN TẤN LỘC S K C 0 0 2 9 0 5 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2011
2. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH PAN - BIÊN SOẠN TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN THỰC TẬP TRÊN ĐỘNG CƠ 1G-FE NGUYỄN TẤN LỘC Tháng 1 năm 2011 Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 1
3. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường MỤC LỤC Trang Bảng tóm tắt kết quả nghiên cứu 3 I. Tính cấp thiết của đề tài 4 II. Mục tiêu của đề tài 4 III. Cách tiếp cận đề tài 5 IV. Phƣơng pháp nghiên cứu 5 V. Phạm vi nghiên cứu 5 VI. Nội dung nghiên cứu 5 VI.1. Quy trình thực hiện đề tài 5 VI.2. Khái quát hệ thống điều khiển động cơ Toyota 1G-FE 5 VI.3. Ý tƣởng chế tạo mô hình 6 VI.4. Thi công, chế tạo mô hình 6 VI.5. Đặc điểm hệ thống điều khiển động cơ 1G-FE 9 VI.5.1. Các tín hiệu đầu vào 9 VI.5.2. Các tín hiệu điều khiển đầu ra 16 VI.5.3. Hệ thống đơn nguyên thực hành 23 VII. Kết quả nghiên cứu 52 VII.1. Tính khoa học 52 VII.2. Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tiễn 52 VII.3. Hiệu quả kinh tế, xã hội 52 VIII. Kết luận và đề nghị 53 VIII.1. Kết luận 53 VIII.2. Đề nghị 53 Tài liệu tham khảo 54 Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 2
4. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Tên đề tài: Chế tạo hệ thống đánh pan và biên soạn tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ TOYOTA 1G-FE Mã số: T2010-64 Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Tấn Lộc. Đơn vị: Bộ môn Động Cơ, khoa cơ Khí Động Lực, ĐHSPKT TP.HCM Tel: 0913936044 E-mail: tanlocspkt@yahoo.com.vn Cơ quan chủ trì đề tài: Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Cơ quan và cá nhân phối hợp thực hiện: Thời gian thực hiện: 1/6/2010 đến 5/02/2011 1. Mục tiêu: Chế tạo hệ thống đánh Pan, biên soạn tài liệu hƣớng dẫn thực tập tìm pan trên động cơ Toyota Lexus 1G-FE. 2. Nội dung chính: Thiết kế, chế tạo mô hình động cơ phun xăng 1G-FE. Chế tạo hệ thống đánh pan trên mô hình. Biên soạn tài liệu hƣớng dẫn thực tập trên động cơ Toyota 1G-FE 1. Kết quả chính đạt được (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế – xã hội, v.v ) Chế tạo mô hình động cơ phun xăng Toyota 1G-FE. Chế tạo hệ thống đánh Pan. Tài liệu hƣớng dẫn thực tập trên động cơ Toyota 1G-FE 2. Điểm mới: Ngƣời nghiên cứu thiết kế đã thiết kế và chế tạo một mô hình đa năng vừa trực quan, thẩm mỹ, vừa an toàn, dễ thao tác, tiện lợi, dễ di chuyển. Hệ thống các Pan giúp ngƣời học tự gặp trở ngại trên hệ thống điện điều khiển và tự tìm ra nguyên nhân hƣ hỏng qua đó nâng cao tƣ duy sáng tạo của sinh viên. 3. Địa chỉ ứng dụng: Các xƣởng giảng dạy thực hành tại các trƣờng đại học, cao đẳng nghề, THCN, các trƣờng dạy nghề nhằm nâng cao chất lƣợng dạy và học của các sinh viên học sinh ngành ôtô. Các cơ sở đào tạo nhân lực tại chổ của các công ty, xí nghiệp dịch vụ sửa chữa ôtô. Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 3
5. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang sở hữu rất nhiều loại xe, Hãng xe Toyota của Nhật đang đƣợc sử dụng phổ biến ở thị trƣờng Việt Nam. Gần đây nhất, các hãng đang sử dụng hệ thống phun xăng với hệ thống đánh lửa trực tiếp và sử dụng hệ thống điều khiển xú pap thông minh. Việc cung cấp kiến thức cho sinh viên ngành cơ khí ôtô về hệ thống phun xăng và đánh lửa trực tiếp và cách tìm pan là rất quan trọng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế nhƣ trên ngƣời nghiên quyết định thực hiện đề tài “Chế tạo hệ thống đánh pan và biên soạn tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ Toyota 1G-FE” với mong muốn tạo ra một sản phẩm có thể áp dụng vào giảng dạy ngay học phần mà mình đang đảm trách. Sản phẩm đề tài sau khi hoàn thành cung cấp cho ngƣời học một hệ thống đánh Pan-qui trình chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ. Qua đó ngƣời học hiểu rõ từng chi tiết về hệ thống này về phƣơng điện cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động và phƣơng pháp kiểm tra thay thế sửa chữa. II. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hƣớng dẫn sinh viên trong quá trình học thực tập động cơ II tại xƣởng Động Cơ, khoa Cơ Khí Động Lực . Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành. Sinh viên có điều kiện quan sát mô hình một cách trực quan, dễ cảm nhận đƣợc hình dạng và vị trí các chi tiết lắp đặt trên hệ thống điều khiển động cơ của hãng Toyota. Giúp sinh viên tìm pan hệ thống điều khiển động cơ có qui trình kỹ thuật. Góp phần hiện đại hóa phƣơng tiện và phƣơng pháp dạy thực hành trong giáo dục- đào tạo. III. CÁCH TIẾP CẬN ĐỀ TÀI: Ngƣời nghiên cứu tiếp cận nội dung đề tài thông qua nhu cầu cung cấp kiến thức học tập cho sinh viên ngành cơ khí ôtô, thông qua các mô hình mẫu đã có tại xƣởng và các mô hình đƣợc ƣa chuộng từ các công ty chuyên cung cấp thiết bị đồ dùng dạy học. Thông qua các yếu tố sƣ phạm và khoa học trong giảng dạy nhằm đảm bảo hiệu quả trao đổi kiến thức là hiệu quả nhất. IV. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Để hoàn thành nội dung đề tài, ngƣời nghiên cứu đã kết hợp nhiều phƣơng pháp nghiên cứu. Trong đó đặc biệt là phƣơng pháp tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin liên quan, học hỏi kinh nghiệm của đồng nghiệp, nghiên cứu các mô hình giảng dạy hiện có, nghiên cứu các mô hình giảng dạy hiện có trên thị trƣờng từ đó tìm ra những ý tƣởng mới để hình thành đề cƣơng của đề tài, cũng nhƣ cách thiết kế mô hình. Song song với nó, chúng tôi còn kết hợp cả phƣơng pháp quan sát, thực nghiệm và kinh nghiệm của bản than trong quá trình đào tạo và lao động sản xuất để hoàn thành hệ thống đánh Pan- qui trình chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ một cách hiệu quả. Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 4
6. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường V. PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Thiết kế, chế tạo mô hình động cơ phun xăng Toyota 1G-FE. Nghiên cứu về hệ thống điện điều khiển động cơ phun xăng 1G-FE. Chế tạo hệ thống đánh Pan- qui trình chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ thông qua các bài thực tập. VI. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: VI.1 Quy trình thực hiện đề tài: Tham khảo tài liệu. Thiết kế khung đỡ động cơ và gá đặt động cơ Thiết kế khung đỡ các thiết bị tự thiết kế. Chế tạo hệ thống đánh Pan. Thi công mạch điện điều khiển động cơ. Thiết kế các bài giảng cho mô hình. Viết báo cáo. VI.2 Khái quát hệ về động cơ Toyota 1G-FE. Động cơ 1G-FE đƣợc lắp trên xe Toyota Lexus IS200, nó là động cơ 6 xy lanh thẳng hàng, thứ tự công tác 1 – 5 - 3 – 6 – 2 – 4, dung tích công tác 2.0L. Động cơ đƣợc thiết kế với nhiều hệ thống hiện đại nhƣ: Hệ thống điều khiển xú pap thông minh VVT-i, hệ thống đánh lửa trực tiếp, van ISC đƣợc cải tiến và đầu chẩn đoán OBD-II. Hệ thống điều khiển động cơ Toyota 1G-FE bao gồm các cảm biến: Cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu kiểu điện từ, cảm biến vị trí bƣớm ga kiểu tuyến tính không có tiếp điểm cầm chừng, hai cảm biến kích nổ, hai cảm biến ôxy kiểu xông nóng, cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát, cảm biến nhiệt độ không khí nạp Các cảm biến đƣợc bố trí xung quanh để xác định tình trạng làm việc của động cơ. Tín hiệu từ các cảm biến đƣợc ECU tiếp nhận và nó sẽ tính toán để điều khiển các bộ chấp hành nhƣ hệ thống phun nhiên liệu, hệ thống đánh lửa điện tử, hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng, điều khiển bơm nhiên liệu và hệ thống chẩn đoán. Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 5
7. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Hình 1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ VI.3 Ý tƣởng thực hiện đề tài Trên cơ sở nắm vững lý thuyết hoạt động hệ thống điện điều khiển các loại động cơ, ngƣời nghiên cứu thiết kế một mô hình đa năng vừa trực quan, thẩm mỹ, vừa an toàn, dễ thao tác, tiện lợi, dễ di chuyển. Hệ thống các Pan giúp ngƣời học tự gặp trở ngại trên hệ thống điện điều khiển và tự tìm ra nguyên nhân hƣ hỏng qua đó nâng cao tƣ duy sáng tạo của sinh viên Đề tài thực hiện trên mô hình gồm 4 phần chính: 1. Phần khung. 2. Phần động cơ. 3. Bộ tạo Pan. 4. Tài liệu hƣớng dẫn thực tập. VI.4 Thi công, chế tạo mô hình Một số hình ảnh của mô hình sau khi hoàn thành: Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 6
8. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Hình 2: Mô hình sau khi thi công Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 7
9. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Phần khung để gá đặt các chi tiết nhƣ: động cơ, sa bàn, thùng nhiên liệu, két nƣớc, bàn đạp ga, khóa điện Phần khung đƣợc chế tạo đúng theo kích thƣớc nhờ vậy bố trí động cơ dễ dàng và di chuyển tiện lợi. Phần sa bàn đƣợc bố trí hợp lý giúp cho ngƣời học trực quan hơn với bảng chân giắc ECU đƣợc mắc song song tƣơng ứng với các chân trong các giắc ECU giúp cho ngƣời học có thể dễ dàng, thuận tiện trong việc kiểm tra các thông số nhƣ: điện trở, điện áp, xung điện Việc bố trí hộp cầu chì trực tiếp trên sa bàn tạo điều kiện thuận lợi cho việc đánh PAN. Giắc chẩn đoán OBD-II đƣợc bố trí ngay trên sa bàn thuận tiện cho việc kết nối với máy chẩn đoán cầm tay. Táplô đƣợc bố trí ngay trung tâm của sa bàn, giúp cho ngƣời học dễ dàng quan sát đƣợc các tín hiệu hoạt động của đèn báo charge, áp suất nhớt, nhiệt độ nƣớc cũng nhƣ đồng hồ tốc độ động cơ Mô hình tích hợp nhiều hệ thống như: 1. ECU. 2. Táp-lô bao gồm các đồng hồ và các đèn báo. 3. Giắc chẩn đoán OBD-II 4. Hộp cầu chì bao gồm các cầu chì và rơle. 5. Bảng chân giắc ECU. 6. Bộ tạo Pan. Phần động cơ 1G-FE trên xe Toyota Lexus IS200 đƣợc thiết kế gọn có dung tích 2.0l với hệ thống điều khiển phun xăng đa điểm kết hợp với hệ thống đánh lửa trực tiêp dùng cảm biến điện từ. Trên động cơ gồm có: Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 8
10. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Cảm biến chân không. Cảm biến vị trí cánh bƣớm ga. Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát. Hai cảm biến kích nổ. Hai cảm biến ôxy. Cảm biến vị trí trục cam. Cảm biến vị trí trục khuỷu. Cảm biến nhiệt độ nƣớc. Cảm biến nhiệt độ không khí nạp. Hai cảm biến ôxy. 6 bô bin đƣợc tích hợp igniter ở bên trong. 6 kim phun. Van VVT-i. Van điều khiển tốc độ cầm chừng (ISC). Hộp rơle, cầu chì. Giắc chẩn đoán OBD-II Đèn báo lỗi “check engine”. Ngoài ra trên mô hinh động cơ còn có các bộ phận khác nhƣ: bộ phận truyền đai, các mô-tơ truyền động, các đƣờng ống nhiên liệu, đƣờng ống nƣớc làm mát . VI.5 Đặc điểm hệ thống điện điều khiển động cơ 1G-FE. VI.5. 1 Các tín hiệu đầu vào VI.5. 1.1 Tín hiệu nhiệt độ nước. Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát phát hiện tình trạng nhiệt độ nƣớc làm mát của động cơ. Cảm biến này gồm có một nhiệt điện trở âm bên trong. Tín hiệu nhiệt độ nƣớc đƣợc chuyển thành tín hiệu điện áp và đƣợc đƣa vào cực THW của ECU động cơ. Hình 3: Cảm biến và đường đặc tính cảm biến nhiệt độ nước Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 9
11. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường VI.5. 1.2 Tín hiệu khối lượng khí nạp. Động cơ 1G-FE sử dụng cảm biến chân không để đo độ chân không trong đƣờng ống nạp từ đó suy ra lƣợng không khí nạp vào động cơ. Cảm biến đƣợc bố trí bên ngoài động cơ. Cảm biến chân không hay còn gọi là cảm biến áp suất trong đƣờng ống nạp MAP Sensor (Manifold Air Pressure). Đây là loại xác định lƣu lƣợng khí nạp bằng cách kiểm tra độ chân không trong đƣờng ống nạp. Cảm biến đƣợc bố trí bên ngoài động cơ, cấu trúc của nó gọn nhẹ, không làm cản trở chuyển động dòng khí nạp nhƣ các cảm biến khác. Hình 4: Cảm biến chân không Nguyên lý đo của cảm biến dựa vào mối quan hệ giữa độ chân không trong đƣờng ống nạp và lƣu lƣợng không khí nạp. Khi lƣợng không khí nạp giảm thì độ chân không trong đƣờng ống nạp tăng và ngƣợc lại. Độ chân không trong đƣờng ống nạp đƣợc chuyển thành tín hiệu điện áp nhờ một IC bố trí bên trong cảm biến và gởi về ECU để xác định lƣu lƣợng không khí nạp. Phần chính là một con IC đƣợc bố trí bên trong cảm biến, cảm biến sẽ gởi tín hiệu áp suất trong đƣờng ống nạp đến cực PIM của ECU. Từ đó ECU sẽ xác định thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản. Hình 5: vị trí bố trí cảm biến chân không Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 10
12. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Cảm biến dạng phần tử áp điện, gồm một màng silicon có bề dày ở ngoài rìa mép khoảng 0,25mm và ở trung tâm khoảng 0,025mm, kết hợp với buồng chân không và một con IC. Một mặt của màng silicon bố trí tiếp xúc với độ chân không trong đƣờng ống nạp và mặt khác của nó bố trí ở trong buồng chân không đƣợc duy trì một áp thấp cố định trƣớc trong cảm biến. Hình6: Đặc tính của cảm biến chân không VI.5.1. 3 Tín hiệu số vòng quay động cơ và vị trí piston. Cảm biến vị trí piston hay còn gọi là tín hiệu G đƣợc lắp ở trục cam và cảm biến số vòng quay động cơ hay còn gọi là tín hiệu Ne đƣợc bố trí ở đầu trục khuỷu. Cả hai là cảm biến sử dụng là cảm biến điện từ. Tín hiệu G: Cảm biến bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu và một rotor cảm biến có 1 răng. Rotor đƣợc lắp trên pu li của trục cam. Hình 7: Vị trí của cảm biến trục cam Tín hiệu NE: Giống tín hiệu G, cảm biến cũng bao gồm một cuộn dây, một nam châm vĩnh củu và một rotor cảm biến có 32 răng nhỏ và một răng lớn. Rotor cảm biến đƣợc bố trí ở đầu trục khuỷu. Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 11
13. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường . Hình 8: Vị trí bố trí của cảm biến vị trí trục khuỷu. VI.5.1.4 Cảm biến vị trí cánh bướm ga. Cảm biến bao gồm một điện trở và một con trƣợt. Hai đầu của điện trở đƣợc cung cấp một điện áp không đổi 5 vôn từ ECU, tín hiệu từ con trƣợt VTA xác định góc mở từng vị trí của bƣớm ga và gởi về ECU. Hình 9: Vị trí và hình dạng của cảm biến vị trí cánh bướm ga. Hinh10: Sơ đồ mạch điện và đặc tính của cảm biến vị trí bướm ga. Hệ thống đánh pan – Tài liệu hướng dẫn thực tập trên động cơ 1G-FE Trang: 12