Đề tài Thiết kế, thi công mô hình động cơ hệ thống đánh lửa kiểu VAST (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Thiết kế, thi công mô hình động cơ hệ thống đánh lửa kiểu VAST (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, THI CễNG Mễ HèNH ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA KIỂU VAST MÃ SỐ: T2010 - 13 NGƯỜI CHỦ TRè: Th.S PHAN NGUYỄN QUÍ TÂM S K C 0 0 3 0 5 7 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 09/2010
2. BOÄ GIAÙO DUẽC VAỉ ẹAỉO TAẽO TRệễỉNG ẹAẽI HOẽC Sệ PHAẽM KYế THUAÄT TP.HCM ẹEÀ TAỉI NCKH CAÁP TRệễỉNG THIEÁT KEÁ, THI COÂNG MOÂ HèNH ẹOÄNG Cễ HEÄ THOÁNG ẹAÙNH LệÛA KIEÅU VAST MAế SOÁ: T2010-13 THUOÄC NHOÙM NGAỉNH: KHOA HOẽC KYế THUAÄT NGệễỉI CHUÛ TRè : ThS. PHAN NGUYEÃN QUÍ TAÂM ẹễN Về : KHOA Cễ KHÍ ẹOÄNG LệẽC TP. HOÀ CHÍ MINH – 09/2010
3. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường MỤC LỤC Trang Bảng túm tắt kết quả nghiờn cứu 2 I. Tớnh cấp thiết của đề tài 4 II. Mục tiờu của đề tài 4 III. Cỏch tiếp cận đề tài 4 IV. Phƣơng phỏp nghiờn cứu 5 V. Phạm vi nghiờn cứu 5 VI. Nội dung nghiờn cứu 5 VI.1. Quy trỡnh thực hiện đề tài 5 VI.2. Khỏi quỏt hệ thống điều khiển động cơ Toyota 22-RE 5 VI.3. í tưởng chế tạo mụ hỡnh 6 VI.4. Thi cụng, chế tạo mụ hỡnh 7 VI.5. Đặc điểm hệ thống điều khiển động cơ Toyota 22-RE 10 VI.5.1. Cỏc tớn hiệu đầu vào 10 VI.5.2. Cỏc tớn hiệu điều khiển đầu ra 16 VI.5.3. Hệ thống đơn nguyờn thực hành 24 VII. Kết quả nghiờn cứu 67 VII.1. Tớnh khoa học 68 VII.2. Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tiễn 68 VII.3. Hiệu quả kinh tế, xó hội 68 VIII. Kết luận và đề nghị 70 VIII.1. Kết luận 70 VIII.2. Đề nghị 70 Tài liệu tham khảo 71 Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 1
4. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường TểM TẮT KẾT QUẢ NGHIấN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CễNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Tờn đề tài: Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Mó số: T2010-13 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Phan Nguyễn Quớ Tõm Đơn vị: Bộ mụn Động Cơ, khoa cơ Khớ Động Lực, ĐHSPKT TP.HCM Tel: 0909690124 E-mail: quitamckd@yahoo.com Cơ quan chủ trỡ đề tài: Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Cơ quan và cỏ nhõn phối hợp thực hiện: Thời gian thực hiện: 03/05/2010 đến 15/11/2010 1. Mục tiờu: Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST, thực hiện qui trỡnh chẩn đoỏn hệ thống điều khiển động cơ Toyota 22-RE lắp trờn xe Toyota 4RUNNER. 2. Nội dung chớnh: Thiết kế, chế tạo mụ hỡnh động cơ phun xăng Toyota 22-RE. Nghiờn cứu về hệ thống điện điều khiển động cơ phun xăng Toyota 22-RE. Thiết kế hệ thống đỏnh Pan-qui trỡnh chẩn đoỏn hệ thống điều khiển động cơ thụng qua cỏc đơn nguyờn thực hành. 1. Kết quả chớnh đạt được (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế – xó hội, v.v ) Chế tạo mụ hỡnh động cơ phun xăng Toyota 22-RE. Hệ thống đỏnh Pan-qui trỡnh chẩn đoỏn hệ thống điều khiển động cơ thụng qua cỏc đơn nguyờn thực hành. 2. Điểm mới: Người nghiờn cứu thiết kế đó thiết kế và chế tạo một mụ hỡnh đa năng vừa trực quan, thẩm mĩ, vừa an toàn, dễ thao tỏc, tiện lợi, dễ di chuyển. Hệ thống cỏc Pan giỳp người học tự gặp trở ngại trờn hệ thống điện điều khiển và tự tỡm ra nguyờn nhõn hư hỏng qua đú nõng cao tư duy sỏng tạo của sinh viờn. Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 2
5. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường 5. Địa chỉ ứng dụng: Cỏc xưởng giảng dạy thực hành tại cỏc trường đại học, cao đẳng nghề, THCN, cỏc trường dạy nghề nhằm nõng cao chất lượng dạy và học của cỏc sinh viờn học sinh ngành ụtụ. Cỏc cơ sở đào tạo nhõn lực tại chổ của cỏc cụng ty, xớ nghiệp dịch vụ sửa chữa ụtụ. Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 3
6. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: - Hệ thống đỏnh lửa kiểu Vast, hệ thống đỏnh lửa đặc biệt cú nhiều ưu điểm đó và đang được sử dụng trờn nhiều hảng xe nổi tiếng như: Toyota, Ford, Daewoo Nhưng cỏc thiết bị và bài giảng thực hành tại xưởng động cơ – khoa CKĐ hiện nay chưa đỏp ứng được việc giảng dạy hệ thống này. - Việc cung cấp kiến thức cho sinh viờn ngành cơ khớ ụtụ về mỗi hệ thống là điều vụ cựng quan trọng. - Với mong muốn cung cấp cho sinh viờn nhiều hơn nữa thụng tin chuyờn ngành và cú nhiều cơ hội học tập, tiếp cận thực tế, người nghiờn cứu quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST” - Kết quả khả quan của đề tài gúp phần cải thiện tớnh trực quan học tập cho sinh viờn chuyờn ngành nhằm nõng cao chất lượng dạy và học tại khoa CKĐ- ĐHSPKT TPHCM. II. MỤC TIấU CỦA ĐỀ TÀI: Nhằm phục vụ cho cụng tỏc giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giỏo viờn hướng dẫn sinh viờn trong quỏ trỡnh học thực tập động cơ II tại xưởng Động Cơ, khoa Cơ Khớ Động Lực. Giỳp cho sinh viờn ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành. Sinh viờn cú điều kiện quan sỏt mụ hỡnh một cỏch trực quan, dễ cảm nhận được hỡnh dạng và vị trớ cỏc chi tiết lắp đặt trờn hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST (Variable Advance Spark Timing). Giỳp sinh viờn kiểm tra và đo đạc cỏc thụng số của hệ thống phun xăng, đỏnh lửa và một số hệ thống khỏc trờn động cơ TOYOTA 22-RE. Gúp phần hiện đại húa phương tiện và phương phỏp dạy thực hành trong giỏo dục- đào tạo. III. CÁCH TIẾP CẬN ĐỀ TÀI: Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 4
7. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường Người nghiờn cứu tiếp cận nội dung đề tài thụng qua nhu cầu cung cấp kiến thức học tập cho sinh viờn ngành cơ khớ ụtụ, thụng qua cỏc mụ hỡnh mẫu đó cú tại xưởng và cỏc mụ hỡnh được ưa chuộng từ cỏc cụng ty chuyờn cung cấp thiết bị đồ dựng dạy học. Thụng qua cỏc yếu tố sư phạm và khoa học trong giảng dạy nhằm đảm bảo hiệu quả trao đổi kiến thức là hiệu quả nhất. IV. PHƢƠNG PHÁP NGHIấN CỨU: Để hoàn thành nội dung đề tài, người nghiờn cứu đó kết hợp nhiều phương phỏp nghiờn cứu. Trong đú đặc biệt là phương phỏp tham khảo tài liệu, thu thập cỏc thụng tin liờn quan, học hỏi kinh nghiệm của đồng nghiệp, nghiờn cứu cỏc mụ hỡnh giảng dạy hiện cú, nghiờn cứu cỏc mụ hỡnh giảng dạy hiện cú trờn thị trường từ đú tỡm ra những ý tưởng mới để hỡnh thành đề cương của đề tài, cũng như cỏch thiết kế mụ hỡnh. Song song với nú, chỳng tụi cũn kết hợp cả phương phỏp quan sỏt và thực nghiệm để hoàn thành hệ thống đỏnh Pan- qui trỡnh chẩn đoỏn hệ thống hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST. V. PHẠM VI NGHIấN CỨU: Thiết kế, chế tạo mụ hỡnh động cơ phun xăng TOYOTA 22RE. Nghiờn cứu về hệ thống điện điều khiển động cơ phun xăng TOYOTA 22RE. Thiết kế hệ thống đỏnh Pan-qui trỡnh chẩn đoỏn hệ thống điều khiển động cơ thụng qua cỏc đơn nguyờn thực hành. VI. NỘI DUNG NGHIấN CỨU: V.1 Quy trỡnh thực hiện đề tài: Tham khảo tài liệu. Thiết kế khung đỡ động cơ và gỏ đặt động cơ Thiết kế khung đỡ cỏc thiết bị tự thiết kế. Thiết kế hệ thống cỏc Pan. Tiến hành đo đạc, kiểm tra, thu thập cỏc thụng số. Thi cụng mạch điện điều khiển động cơ. Nghiệm thu cỏc thụng số kiểm tra. Thiết kế cỏc bài giảng cho mụ hỡnh. Viết bỏo cỏo. Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 5
8. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường VI.2 Khỏi quỏt hệ thống điện điều khiển động cơ TOYOTA 22RE Hệ thống điện điều khiển động cơ TOYOTA 22RE bao gồm: cỏc cảm biến: vị trớ bướm ga loại tuyến tớnh, cảm biến nhiệt độ nước làm mỏt, cảm biến kớch nổ, cảm biến đo giú loại cỏnh trượt điện ỏp tăng, cảm biến vị trớ piston. Cỏc cảm biến được bố trớ xung quanh để xỏc định tỡnh trạng làm việc của động cơ. Tớn hiệu từ cỏc cảm biến được ECU tiếp nhận và nú sẽ tớnh toỏn để điều khiển cỏc bộ tỏc động như hệ thống phun nhiờn liệu, hệ thống đỏnh lửa điện tử, hệ thống điều khiển cầm chừng và chẩn đoỏn hoạt động sao cho động cơ làm việc là tối ưu nhất. Hệ thống điều khiển động cơ ở hóng Toyota cú tờn gọi là TCCS (Toyota Computer Control System) Hỡnh 1: Sơ đồ cấu trỳc của hệ thống điều khiển lập trỡnh cho động cơ VI.3 í tƣởng thực hiện đề tài Trờn cơ sở nắm vững lý thuyết hoạt động hệ thống điện điều khiển động cơ TOYOTA 22RE dựng cảm biến vị trớ piston loại điện từ, người nghiờn cứu thiết kế một mụ hỡnh đa năng vừa trực quan, thẩm mĩ, vừa an toàn, dễ thao tỏc, tiện lợi, dễ di chuyển. Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 6
9. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường Hệ thống cỏc Pan giỳp người học tự gặp trở ngại trờn hệ thống điện điều khiển và tự tỡm ra nguyờn nhõn hư hỏng qua đú nõng cao tư duy sỏng tạo của sinh viờn. Đề tài thực hiện trờn mụ hỡnh gồm 4 phần chớnh: 1. Phần khung. 2. Phần sa bàn. 3. Phần động cơ. 4. Cụng tắc tạo Pan VI.4 Thi cụng, chế tạo mụ hỡnh Một số hỡnh ảnh của mụ hỡnh sau khi hoàn thành: Hỡnh 2: Mụ hỡnh sau khi thi cụng Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 7
10. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường Hỡnh 3: Mụ hỡnh nhỡn từ trờn xuống Hỡnh 4: Cỏc chi tiết bờn trong thựng phụ Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 8
11. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường Phần khung để gỏ đặt cỏc chi tiết như: động cơ, sa bàn, thựng nhiờn liệu, kột nước, bàn đạp ga, khúa điện. Phần khung được chế tạo đỳng theo kớch thước nhờ vậy bố trớ động cơ dễ dàng và di chuyển tiện lợi. Phần sa bàn được bố trớ hợp lý giỳp cho người học trực quan hơn với bảng chõn giắc ECU được mắc song song tương ứng với cỏc chõn trong cỏc giắc ECU giỳp cho người học cú thể dễ dàng, thuận tiện trong việc kiểm tra cỏc thụng số như: điện trở, điện ỏp, xung điện Việc bố trớ hộp cầu chỡ trực tiếp trờn sa bàn tạo điều kiện thuận lợi cho việc đỏnh PAN. Giắc chẩn đoỏn DLC được bố trớ ngay trờn sa bàn thuận tiện cho việc kết nối với mỏy chẩn đoỏn cầm tay. Tỏplụ được bố trớ ngay trung tõm của sa bàn, giỳp cho người học dễ dàng quan sỏt được cỏc tớn hiệu hoạt động của đốn bỏo cũng như đồng hồ tốc độ động cơ, đồng hồ tốc độ xe. Mụ hỡnh tớch hợp nhiều hệ thống như: 1. ECU. 2. Tỏp-lụ bao gồm cỏc đồng hồ và cỏc đốn bỏo. 3. Giắc chẩn đoỏn DLC. 4. Hộp cầu chỡ bao gồm cỏc cầu chỡ và rơle. 5. Bảng chõn giắc ECU. 6. Cụng tắc tạo Pan Phần động cơ TOYOTA 22RE được thiết kế nhỏ gọn cú dung tớch 1.8l với hệ thống điều khiển phun xăng đa điểm kết hợp với hệ thống đỏnh lửa điện tử dựng cảm biến điện từ. Trờn động cơ gồm cú: Cảm biến đo giú kiểu cỏnh trượt điện ỏp tăng Cảm biến vị trớ cỏnh bướm ga loại tuyến tớnh cú tiếp điểm cầm chừng. Cảm biến nhiệt độ nước làm mỏt. Cảm biến vị trớ trục cam, trục khuỷu loại điện từ. Cụng tắc nhiệt độ nước. Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 9
12. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường Cụng tắc ỏp suất nhớt. Igniter đỏnh lửa. Bobine đỏnh lửa. Cỏc kim phun. Van khụng khớ kiểu Wax. Hệ thống điều khiển tăng ỏp suất nhiờn liệu. Hộp rơle, cầu chỡ. Giắc chẩn đoỏn. Đốn bỏo lỗi “check engine”. Ngoài ra trờn mụ hinh động cơ cũn cú cỏc bộ phận khỏc như: bộ phận truyền đai, cỏc mụ-tơ truyền động, cỏc đường ống nhiờn liệu, đường ống nước làm mỏt . VI.5 Đặc điểm hệ thống điện điều khiển động cơ TOYATA 22RE VI.5.1 Cỏc tớn hiệu đầu vào VI.5.1.1 Tớn hiệu nhiệt độ nước Cảm biến nhiệt độ nước làm mỏt phỏt hiện tỡnh trạng nhiệt độ động cơ một cỏch giỏn tiếp. Cảm biến này gồm cú một nhiệt điện trở õm bờn trong. Tớn hiệu nhiệt độ nước được đưa vào cực THW của ECU động cơ. Hỡnh 5: Vị trớ và đường đặc tớnh cảm biến nhiệt độ nước VI.5.1.2 Tớn hiệu lưu lượng khớ nạp Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 10
13. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường Cảm biến lưu lượng khớ nạp (loại cỏnh trượt điện ỏp tăng tức điện ỏp tớn hiệu VS tăng khi lượng khụng khớ nạp tăng) đặt trờn đường di chuyển của khụng khớ. Bộ đo giú bao gồm một tấm cảm biến (van trượt) đặt trờn đường di chuyển của khụng khớ, lũ xo xoắn hoàn lực và một điện thế kế. Ngoài ra trờn bộ đo giú cũn bố trớ vớt điều chỉnh tỉ lệ cầm chừng (vớt CO), cảm biến nhiệt độ khụng khớ nạp, contact điều khiển bơm nhiờn liệu, buồng giảm dao động và cỏnh cõn bằng. Hỡnh 6: Cấu tạo bộ đo giú Nguyờn lý của bộ đo giú dựa vào cơ sở kiểm tra hợp lực của dũng khụng khớ nạp tỏc dụng lờn cỏnh cảm biến.Tấm cảm biến được giữ bằng một lũ xo, lũ xo luụn cú khuynh hướng chống lại sự tỏc động của khụng khớ. Khi khối lượng khụng khớ nạp gia tăng thỡ tấm cảm biến sẽ di chuyển nhiều và tiết diện mở của nú sẽ lớn ra. Khi vị trớ của tấm cảm biến thay đổi, tiết diện lưu thụng của bộ đo cũng thay đổi theo. Như vậy cú sự thay đổi giữa gúc vạch của tấm cảm biến và lưu lượng khụng khớ nạp. Điện ỏp nguồn VB cung cấp cho bộ đo giú cú điện ỏp 12.47V, điện ỏp tớn hiệu VS từ con trượt gởi về ECU để xỏc định lưu lượng khụng khớ nạp.ECU xỏc định lượng khụng khớ nạp vào động cơ theo biểu thức. Lượng khụng khớ nạp Khi VB = 0 : lượng khụng khớ nạp khụng xỏc định Thiết kế, thi cụng mụ hỡnh động cơ hệ thống đỏnh lửa kiểu VAST Trang: 11