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

Nội dung text: Thiết kế, chế tạo mô hình và bài giảng tích hợp cho động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i

1. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH VÀ BÀI GIẢNG TÍCH HỢP CHO ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG CĨ HỆ THỐNG VVT-i PGS-TS. Đỗ Văn Dũng, KS. Trần Đức Tám Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh TĨM TẮT Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu “ Thiết kế, chế tạo mơ hình và bài giảng tích hợp cho động cơ phun xăng cĩ hệ thống VVT-i”. Mơ hình được thiết kế phục vụ cho cơng tác đào tạo ngành cơng nghệ ơ tơ ở các trường nghề với động cơ Toyota Yaris 1SZ-FE. Trên mơ hình, người học cĩ khả năng thực hành các bài học về kiểm tra, sửa chữa hệ thống điện điều khiển động cơ phun xăng cĩ hệ thống VVT-i. Để tăng hiệu quả đào tạo của mơ hình, các hệ thống, cảm biến và các mạch điện điều khiển động cơ được mơ phỏng trên máy tính bằng phần mềm Macromedia Flash, đặc biệt là mơ phỏng kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống VVT-i. Ngồi ra, đi kèm với mơ hình là các bài giảng được biên soạn theo kiểu tích hợp giữa lý thuyết và thực hành nhằm phục vụ cho việc dạy của giáo viên và việc học của sinh viên đạt hiệu quả hơn ABSTRACT This paper introduces results of the research "Designing, manufacturing model and integrated lectures for fuel injection engine with VVT-i system". The model is designed for training students majored in automotive technology at vocational schools with the Toyota Yaris 1SZ-FE engine. By using model, learners can practice lessons of checking and repairing control system fuel injection engine with VVT-i system. To increase training efficiency of the model, the systems, sensors and the electric motor control circuits are simulated by computer using Macromedia Flash software, particularly in simulating structure and operating principle of the VVT-i system. In addition, along with the model, there are lectures mixed between theory and practice to make teachers’ teaching and students' learning more effective.
2. I. Giới thiệu. Trong những năm gần đây, ngành cơng nghệ ơ tơ phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là các hệ thống điều khiển bằng cơ khí, thủy lực, khí nén với độ chính xác thấp được thay thế bằng điện, điện- thủy lực và điện tử với độ chính xác cao. Trong đĩ, hệ thống van biến thiên (Variable Valve Timing –VVT) là một trong những hệ thống đang được ứng dụng mạnh mẽ trên các động cơ của các hãng sản Hình 1: Hệ thống phối khí kiểu cũ trên xuất ơ tơ hiện nay. động cơ Ngồi ra, trong lĩnh vực dạy học và nhất là Từ sơ đồ tổng quát của hệ thống phối khí kiểu trong lĩnh vực đạo tạo nghề cần cĩ sự trực cũ (Hình 1) ta nhận thấy hệ thống này được quan nhiều, mơ hình dạy học đĩng vai trị rất bố trí phức tạp, nhiều chi tiết trên hệ thống quan trọng. Thơng qua mơ hình người dạy cĩ dẫn đến độ chính xác khơng cao. Tuy nhiên thể truyền thụ kiến thức cũng như rèn luyện nhược điểm lớn nhất của hệ thống phối khí kỹ năng thực hành cho người học một cách kiểu cũ là gĩc phối khí khơng thay đổi trong tốt nhất. Trong khi đĩ, hiện nay đối với các tất cả các chế độ làm việc của động cơ. Điều trường đào tạo nghề, việc trang bị các mơ này đã làm giảm cơng suất động cơ, động cơ hình hiện đại phục vụ cho cơng tác giảng dạy tiêu hao nhiều nhiên liệu, tăng khả năng phát mang lại hiệu quả đào tạo cao là hết sức khĩ thải, ơ nhiễm mơi trường tăng cao. Chính vì khăn do các mơ hình bán trên thị trường vậy, trong những năm gần đây các hãng xe đã thường cĩ giá thành cao, khơng mơ phỏng các tích cực nghiên cứu khắc phục các nhược hệ thống và các bài giảng theo mơ hình, gây điểm của hệ thống phối khí cũ và đã cho ra khĩ khăn cho người dạy và người học. Đây cĩ đời hệ thống điều khiển thời điểm phối khí thể được xem là nguyên nhân chính dẫn đến bằng điện -thủy lực cĩ tên gọi là hệ thống van hiệu quả đào tạo của các mơ hình bán trên thị biến thiên (Varaible Valve Timing –VVT). trường khơng cao. Vì vậy “ Thiết kế, chế tạo Hệ thống này tối ưu hĩa gĩc phối khí của trục mơ hình và bài giảng tích hợp cho động cơ cam dựa trên chế độ làm việc của động cơ phun xăng cĩ hệ thống VVT-i” đã được phối hợp với các điều khiển chủ động như: vị chúng tơi nghiên cứu và thực hiện nhằm làm trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí trục tăng hiệu quả đào tạo, giúp giáo viên và sinh khuỷu, nhiệt độ nước làm mát, v.v Trong viên cĩ thêm phương tiện để giảng dạy, học quá trình hoạt động tín hiệu từ các cảm biến tập và nghiên cứu. gửi về ECU, ECU sẽ quyết định đĩng hoặc Mơ hình và bài giảng tích hợp cho động cơ hoặc mở van điều khiển dầu phối khí trục cam phun xăng cĩ hệ thống VVT-i đã được nghiên để tác động lên bộ điều khiển VVT làm cho cứu và thiết kế hồn chỉnh với động cơ phun trục cam xoay tương đối đi một gĩc so với vị xăng 1SZ-FE của hãng TOYOTA. Cùng với trí chuẩn của nĩ để làm thay đổi thời điểm mơ hình chúng tơi cịn thiết kế mơ phỏng các phối khí. hệ thống, các cảm biến, mạch điện điều khiển Điểm khác biệt của hệ thống này so với hệ trên động cơ bằng phần mềm Macromedia thống phối khí kiểu cũ là bố trí thêm bộ điều Flash và biên soạn các bài giảng tích hợp khiển VVT ở đầu trục cam và van điều khiển phục vụ cho cơng tác đào tạo. dầu phối khí OCV(Oil Control Vale). Khi II. Cơ sở lý thuyết. động cơ làm việc, ECU gửi tín hiệu điện áp 1. Hệ thống van biến thiên và những ƣu đến van OCV điều khiển dầu đến bộ điều điểm của nĩ trên động cơ phun xăng khiển VVT làm xoay trục cam theo hướng hiện đại. sớm hay muộn hoặc ở chế độ giữ tùy thuộc vào tình trạng làm việc của động cơ. Ưu điểm nổi bật của kiểu thiết kế này là: cơng suất động cơ tăng, lượng nhiên liệu tiêu thụ giảm, một số nghiên cứu chỉ ra rằng động cơ
3. cĩ bố trí hệ thống VVT cơng suất tăng từ 7- III. Mơ hình động cơ phun xăng cĩ hệ 10%, lượng tiêu hao nhiên liệu giảm từ 4-5% thống VVT-i. và đặc biệt là giảm thiểu được ơ nhiễm mơi Mơ hình cĩ vai trị rất quan trọng trong đào trường do khí thải động cơ sinh ra so với động tạo các nghề cần phải cĩ sự trực quan nhiều, cơ khơng cĩ hệ thống VVT. Với những ưu đặc biệt là trong đào tạo ngành cơng nghệ ơ điểm đĩ hệ thống VVT ngày nay được bố trí tơ. Do đĩ khi thiết kế, chế tạo mơ hình địi hỏi hầu hết trên các xe ơ tơ hiện đại, đối với hãng người thiết kế phải biết lựa chọn phương án Toyota hệ thống cĩ tên gọi là VVT-i, biến thể tối ưu nhằm đạt được mục tiêu đặt ra đĩ là lựa của nĩ là Dual VVT-i, VVTL-i và VVT-IE; chọn loại động cơ nào, bố trí ra sao để thuận đối với hãng Honda nĩ cĩ tên gọi là VTEC, tiện nhất cho người học khi thao tác trên mơ 2.Dạy học tích hợp – xu thế của thời đại hình, tăng được hiệu quả đào tạo thơng qua Cùng với xu hướng đổi mới về giáo dục nghề mơ hình. nghiệp ở Việt Nam, từ những năm 90 chương Với những tiêu chí nêu trên, mơ hình động cơ trình thiết kế theo quan điểm kết hợp mơn học phun xăng cĩ hệ thống VVT-i được thiết kế và mơ đun kỹ năng hành nghề. Các mơ đun bởi các bộ phận sau: được xây dựng theo quan điểm hướng đến năng lực thực hiện. Mơ đun là một đơn vị học - Động cơ làm mơ hình: Sử dụng động cơ tập cĩ tính trọn vẹn, tích hợp lý thuyết và thực Toyota Yaris 1SZ-FE để làm mơ hình do hành mà sau khi học xong người học cĩ năng động cơ này cĩ kết cấu nhỏ gọn thuận tiện lực thực hiện được một nhiệm vụ nghề cho việc di chuyển mơ hình trong quá trình nghiệp. giảng dạy. Mơ đun đào tạo là một đơn vị học tập tích hợp tất cả các thành phần kiến thức liên quan trong các mơn lý thuyết với các kỹ năng để hình thành năng lực thực hiện. Như vậy dạy học các mơ đun thực chất là dạy học tích hợp nội dung để nhằm hướng đến các mục đích định hướng vấn đề cần giải quyết, định hướng cuộc sống thật, hoạt động nghề nghiệp thật, giải quyết những vấn đề liên quan đến cuộc sống và nghề nghiệp, phát triển năng lực thực hiện ở học sinh- sinh viên và giảm được sự trùng lắp kiến thức kỹ năng giữa các mơn học. Hình 2. Động cơ Toyota Yaris 1SZ-FE Quan điểm chính về phương pháp dạy học Mặt khác, đây cũng là động cơ tương đối hiện trong dạy học tích hợp là kiểu dạy học giải đại, cĩ trang bị hệ thống VVT-i phổ biến trên quyết vấn đề và kiểu dạy học định hướng hoạt các động cơ Toyota hiện nay. Động cơ được động. lắp đặt trên khung thép hình chữ nhật, cĩ lưới Bản chất của kiểu dạy học này là người học bảo vệ quạt làm mát nước, thanh bảo vệ hai phải hoạt động cả tay chân và trí ĩc để tạo ra bên đảm bảo tuyệt đối an tồn lao động khi một sản phẩm hoạt động. Hoạt động học tập vận hành. này là một hoạt động cĩ tính trọn vẹn nhằm - Bộ phận điều khiển hệ thống: Bao gồm các hồn thiện các năng lực sau: năng lực chuyên mạch điện điều khiển, ECU động cơ, các cực mơn, năng lực phương pháp, năng lực xã hội của ECU và cơng tắc điều khiển. Bộ phận này và năng lực cá nhân của người học. được thiết kế dạng bảng để thuận tiện cho Cĩ thể nĩi dạy học tích hợp là phương pháp việc kiểm tra, chẩn đốn hư hỏng các hệ dạy học mới, tích cực hĩa người học, giúp thống trên động cơ. người học hồn thiện các năng lực bản thân trong hoạt động nghề nghiệp, đáp ứng được những yêu cầu của xã hội.
4. Macromedia Flash nhằm tạo điều kiện thuận lợi nhất cho giáo viên khi giảng dạy phần lý thuyết và người học cũng cĩ thể tự học, tự nghiên cứu thơng qua các hình ảnh mơ phỏng này. Hình 3. Sa bàn trên mơ hình Bên cạnh đĩ là hệ thống các bài giảng tích hợp được biên soạn làm tài liệu giảng dạy, học tập mơ đun thực tập điện động cơ phun xăng cĩ hệ thống VVT-i trên chính động cơ bố trí trên mơ hình qua đĩ nâng cao được hiệu quả của mơ hình, tăng hiệu quả đào tạo. Hình 4. Mơ hình động cơ phun xăng cĩ hệ thống VVT-i hồn chỉnh IV. Mơ phỏng hệ thống điện điều khiển động cơ và biên soạn các bài giảng tích hợp V. Kết luận: phục vụ giảng dạy kèm theo mơ hình Mơ hình cĩ thể được ứng dụng vào giảng dạy Thiết kế mơ hình dạy học khĩ khăn lớn nhất lý thuyết và thực hành tại các trường dạy là khả năng ứng dụng mơ hình vào giảng dạy nghề, cao đẳng hoặc đại học chuyên ngành sao cho cĩ hiệu quả nhất. Do đĩ, khi thiết kế cơng nghệ ơ tơ. Đồng thời nghiên cứu này mơ hình xong chúng tơi tiến hành mơ phỏng cũng là tài liệu giúp cho việc nghiên cứu chế các hệ thống, các cảm biến và các mạch điện tạo các mơ hình dạy học sau này mang tính điều khiển trên động cơ bằng phần mềm thực tế cao hơn. Hình 5. Mơ phỏng hệ thống VVT-i TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] PGS-TS Đỗ Văn Dũng, Điện động cơ & điều khiển động cơ, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2013. [2] Tài liệu đào tạo hãng Toyota. [3] Nguyễn Tấn Lộc – Giáo trình thực tập động cơ xăng II - Tài liệu lưu hành nội bộ - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2007 [4] Nguyễn Trường Sinh – Giáo trình Macromedia Flash 8 (tập 1, 2), nhà xuất bản thống kê, Hà Nội, 2006. [5] Phần mềm chuyên ngành điện – điện tử ơ tơ Mitchel OnDemand5 [6] Nguyễn Hồng Dũng, kết cấu mới trên ơ tơ hiện đại - Luận văn thạc sỹ, 2009. [7] Lương Quốc Sỹ, thiết kế-cải tiến-xây dựng bài thực hành thí nghiệm hệ thống điều khiển trên mơ hình động cơ phun xăng VVT-i - Đồ án tốt nghiệp, 2010. [8]TS Nguyễn Văn Tuấn - Giáo trình phương pháp dạy học- Tài liệu lưu hành nội bộ - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2007 TIẾNG NƢỚC NGỒI [9] Toyota service training
5. [10] A.Titolo, The Variable Valve Timing System- Application on V8 Engine SAE Paper No. 910009, 1991 [11] C. Preussner, C. Dưring, S. Fehler and S. Kampmann, GDI: Interaction Between Mixture Preparation, Combustion System and Injector Performance, SAE Paper No. 980498, 1998 [12] Tulus Burhanuddin, Tinjauan teoritis erfomansi mesin berteknologi VVT-i, Jurnal Dinamis Vol. I, No. 5, Juni 2009 [13] SAE engines series collection on CD-ROM, 2004 [14] IEEE.com [15] Engine repair manual Toyota Yaris (1992-2002). XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CƠNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên cĩ xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa cĩ sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CĨ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.