CHƯƠNG 1. Lý do chọn đề tài Khoa học và kỹ thuật công nghệ hiện nay đang phát triển với tốc độ nhanh chóng và được ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực ô tô. Ở cả các quốc gia phát triển và đang phát triển, ngành công nghiệp ô tô được chú trọng phát triển vì nó không chỉ thúc đẩy sự phát triển kinh tế mà còn tạo ra diện mạo mới cho nhiều ngành nghề liên quan như cơ khí chế tạo, điện tử, điện, trang trí nội thất, cơ điện tử, điều khiển tự động, điện lạnh,. Nhận thấy tầm quan trọng của ngành công nghiệp ô tô đối với nền kinh tế, việc giảng dạy ngành cơ khí ô tô tại Việt Nam, đặc biệt là tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã được thực hiện từ hơn 50 năm trước.
Sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ trong ngành ô tô đã yêu cầu việc giảng dạy cũng phải liên tục đổi mới để bắt kịp xu hướng này. Việc đổi mới phương pháp dạy học trở thành yêu cầu cấp bách, dựa trên quan điểm phát huy tính tích cực của người học, đề cao vai trò tự học, kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên. Những đổi mới này đã thay đổi cách tổ chức giảng dạy, ứng dụng công nghệ trong giáo dục, và sử dụng các phương tiện kỹ thuật tiên tiến, khắc phục nhược điểm của phương pháp cũ và nâng cao chất lượng đào tạo. Đây cũng là chủ trương của nhà nước nhằm đổi mới mạnh mẽ nội dung và phương pháp dạy học, chú trọng chất lượng hơn là số lượng.
Đặc biệt, trong ngành cơ khí ô tô, việc nghiên cứu và chế tạo các mô hình phục vụ giảng dạy là nhu cầu cấp thiết của xã hội. Để cập nhật công nghệ mới và tăng tính trực quan trong giảng dạy, việc thiết kế và chế tạo các mô hình động cơ là rất quan trọng nhằm nâng cao chất lượng dạy và học. Với mục đích này, chúng tôi đã quyết định thiết kế và chế tạo mô hình động cơ 1MZ-FE của Toyota Camry 2004. Mô hình này bao gồm phần động cơ và phần sa bàn với đầy đủ hệ thống điện của động cơ, giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu và nâng cao hiệu quả học tập.
Việc tạo ra các mô hình động cơ trực quan không chỉ hỗ trợ quá trình giảng dạy mà còn giúp sinh viên tiếp cận công nghệ hiện đại, tăng cường kỹ năng thực hành và hiểu biết sâu rộng về ngành công nghiệp ô tô. Đây là bước tiến quan trọng trong việc nâng cao chất lượng 1 giáo dục và đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành cơ khí ô tô trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển. Mục đích • Hỗ trợ giảng dạy: Tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên, tối ưu hóa công tác giảng dạy. • Ứng dụng thực tiễn: Giúp sinh viên áp dụng ngay kiến thức lý thuyết vào thực hành.
• Trực quan sinh động: Cung cấp mô hình trực quan, giúp sinh viên dễ dàng nhận biết chi tiết hệ thống phun xăng điện tử SFI. • Kỹ năng đo đạc: Tạo điều kiện cho sinh viên kiểm tra và đo đạc thông số kỹ thuật của hệ thống phun xăng và đánh lửa trên động cơ 1MZ-FE, nâng cao kỹ năng thực hành. • Hiện đại hóa giáo dục: Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành, đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp ô tô. • Tăng cường hiệu quả học tập: Giúp sinh viên tiếp thu bài tốt hơn, nâng cao chất lượng học tập và khả năng ứng dụng thực tế.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu động cơ 1MZ-FE của Toyota Camry 2004, một động cơ V6 3.0L DOHC với hệ thống phun xăng điện tử SFI, nhằm cung cấp cơ hội thực hành cho sinh viên và hiểu rõ các cơ chế hoạt động của động cơ hiện đại. Phạm vi nghiên cứu • Tổng quan về động cơ 1MZ-FE: Nghiên cứu các thông số kỹ thuật và cấu trúc của động cơ. • Hệ thống điều khiển động cơ: Phân tích, nghiên cứu hệ thống phun xăng điện tử, hệ thống đánh lửa và các cảm biến, bộ điều khiển liên quan.
2 • Thi công và hoàn thiện mô hình giảng dạy: Tập trung vào việc thi công mô hình giảng dạy, bao gồm làm mới, sửa chữa, thay thế đấu dây, làm sa bàn, hỗ trợ công tác giảng dạy và giúp sinh viên tiếp thu kiến thức trực quan. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 1MZ-FE VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2. Giới thiệu về động cơ 1MZ-FE 2. Giới thiệu chung về động cơ 1MZ-FE Động cơ V6 1MZ-FE được lắp đặt cho các dòng xe Toyota Camry (từ năm 1994 đến 2006) và Lexus RX300.
Đây là động cơ V6 với 6 xy lanh bố trí theo hình chữ V, tạo góc 60 độ. Động cơ có dung tích 3 lít và sử dụng hai trục cam trên nắp đầu xy lanh (DOHC), với tổng cộng 24 van (mỗi xy lanh có 2 van xả và 2 van nạp). Công suất của động cơ là 160 mã lực, cho phép đạt tốc độ tối đa 225 km/h và tăng tốc từ 0 đến 100 km/h trong khoảng 8,7 giây. Các xy lanh được đánh số từ 1 đến 6, trong đó xy lanh 1, 3, 5 nằm ở bên phải và xy lanh 2, 4, 6 nằm ở bên trái.
Thứ tự đánh lửa là 1-2-3-4-5-6. Đỉnh xy lanh và pít tông được làm từ hợp kim nhôm để chịu nhiệt độ cao, và bugi được đặt ở trung tâm buồng đốt. Động cơ này sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp với IC đánh lửa rời, mỗi xy lanh có một bộ bobin và một kim phun xăng, tổng cộng có 6 bộ bobin và 6 kim phun xăng. Các kim phun xăng phun nhiên liệu trước khi van nạp mở.
Động cơ còn được trang bị một số công nghệ tiên tiến như ETCS-i, VVT-i, ACIS,. Để nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải. Kết cấu và thông số kỹ thuật của động cơ 1MZ-FE Các bộ phận chính của động cơ bao gồm: - Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền. - Cơ cấu phối khí.
Các hệ thống trên động cơ bao gồm: - Hệ thống làm mát cưỡng bức bằng nước với vòng tuần hoàn kín. 4 - Hệ thống đánh lửa điện tử (ESA), tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm dựa trên tín hiệu từ ECU của động cơ. - Hệ thống bôi trơn. - Hệ thống chẩn đoán tự động OBD II, tích hợp với hệ thống nhiên liệu EFI và hệ thống ESA để phát hiện nhanh chóng các sự cố động cơ.
- Hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp EFI, phun nhiên liệu tại một điểm trước van nạp, kết hợp với hệ thống ESA để tối ưu hóa hiệu suất động cơ trong mọi chế độ vận hành.1: Bảng thông số kỹ thuật của động cơ 1MZ-FE Tên gọi Tính năng kỹ thuật Số xylanh và kiểu động cơ 6 xylanh kiểu V Cách bố trí van 24-van DOHC, dẫn động bằng đai và xích Kiểu buồng đốt Loại Pentroof Kiểu ống góp hút xả Đối xứng Hệ thống nhiên liệu SFI (Sequential Fuel Injection) Thể tích công tác cm3 2995 Khoảng chạy và đường kính xylanh mm 87.0 Tỉ số nén 10.5:1 Công suất cực đại 192 mã lực tại 5300 v/ph 243 kW tại 53000 v/ph Mômen xoắn cực đại 283 N.m 4400 v/ph Thứ tự đánh lửa 1-2-3-4-5-6 Chỉ số octan lý thuyết 91 hoặc cao hơn Trọng lượng động cơ (Kg) 158 Loại dầu theo độ nhớt API, SJ, SL, EC hoặc ILSAC 5 2. Cấu tạo mô hình hệ thống điện điều khiển động cơ 1MZ-FE trên xe Toyota Camry 2004 Mô hình gồm 3 bộ phận chính: • Phần khung • Phần sa bàn • Phần động cơ 2. Phần khung Khung mô hình nhằm để đặt các chi tiết như: Động cơ, thùng nhiên liệu, két nước, sa bàn, ECU, bảng tạo Pan. Phần khung được thiết kế theo kích thước phù hợp, chuẩn với xưởng động cơ đã đề ra nhằm thuận lợi cho việc bố trí động cơ trên mô hình, dễ xếp đặt trong xưởng, có tính thẩm mỹ và thống nhất chung giữa các mô hình trong xưởng.
Đồng thời, giúp người học dễ dàng linh hoạt di chuyển mô hình và đảm bảo an toàn trong quá trình thực hành. Phần sa bàn Bảng chân kết nối của ECM được sắp xếp một cách hợp lý, tương ứng với các chân bên trong, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra các thông số như điện trở và điện áp. Điều này giúp người học dễ dàng tiếp cận và thực hiện các thao tác kiểm tra một cách thuận tiện. Bên cạnh đó, hộp rơ le và phần táp lô cũng được đặt phía trên sa bàn, tối ưu hóa không gian và tăng tính tiện ích cho việc quan sát, nghiên cứu và học tập.1: Sa bàn 6 Các bộ phận chính trên sa bàn: • Táp lô bao gồm các đồng hồ và các đèn báo • Khóa điện • Giắc điện chẩn đoán • Đồng hồ báo áp suất nhiên liệu • Giắc đo các cực của ECU 2.
Phần động cơ Động cơ 1MZ-FE trên xe Camry 2004 tích hợp hệ thống phun xăng độc lập SFI và hệ thống đánh lửa trực tiếp (Direct Ignition System), mỗi cuộn dây tích hợp IC đánh lửa cho từng xy lanh, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.2: Vị trí các bộ phận chính trên động cơ Trên động cơ có các bộ phận sau: 7 - Các cảm biến • Cảm biến đo gió loại dây nhiệt (Mass Air Flow Meter) • Cảm biến vị trí cánh bướm ga (Throttle Position Sensor) • Cảm biến vị trí bàn đạp ga (Accelerator Pedal Position Sensor) • Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake Air Temperature Sensor) • Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Engine Coolant Temperature Sensor) • Cảm biến vị trí van EGR ( EGR Valve Position Sensor) • Cảm biến Oxy nhánh 1 (Oxygen Sensor 2 bank 1) • Cảm biến Oxy nhánh 2 (Oxygen Sensor 2 bank 2) • Cảm biến kích nổ (Knock Sensor) • Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft Position Sensor) • Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor) • Cảm biến tốc độ xe (Vehicle Speed Sensor) - Các cơ cấu chấp hành • Hệ thống đánh lửa sớm điện tử • Hệ thống điều khiển bướm ga thông minh • Hệ thống điều khiển nạp khí • Kim phun • Hệ thống điều khiển chiều dài đường ống nạp ACIS • Hệ thống điều khiển bơm nhiên liệu • Hệ thống điều khiển sấy cảm biến oxy • Hệ thống kiểm soát bốc hơi nhiêu liệu 8 • Đèn báo lỗi “check engine” • Các van điện từ của hệ thống VVT-i và hộp số tự động Ngoài ra, còn có một số bộ phận khác trên động cơ như: các đường ống dẫn nhiên liệu, đường ống nước làm mát, máy phát điện, bộ phần truyền đai,.