Luận văn Thạc sĩ: thiết kế chế taọ mô hình và bài giảng tích hợp cho động

Luận văn thạc sĩ thiết kế chế taọ mô hình và bài giảng tích hợp cho động cơ phun xăng có hệ thống vvt i cho giáo dục đào tạo chuyên nghiệp

• Tác giả: Trần Đức Tám
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Đỗ Văn Dũng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
• Đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình và bài giảng tích hợp cho động cơ phun xăng có hệ thống VVT-I
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế và chế tạo mô hình động cơ phun xăng VVT i

Thiết kế chế tạo mô hình và bài giảng là một lĩnh vực quan trọng trong giáo dục kỹ thuật cơ khí. Mô hình động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i (Variable Valve Timing - intelligent) đại diện cho công nghệ hiện đại trong ngành công nghiệp ô tô. Luận văn thạc sĩ của Trần Đức Tám tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã tập trung vào việc thiết kế, chế tạo mô hình thực tế và phát triển bài giảng tích hợp. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn xây dựng một công cụ giáo dục thực tiễn cho sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí động lực. Mô hình được thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật cao, phù hợp với nhu cầu dạy học hiện đại.

1.1. Khái niệm hệ thống VVT i và ý nghĩa của nó

Hệ thống VVT-i là công nghệ điều chỉnh thời điểm phối khí thông minh được sử dụng rộng rãi trên động cơ phun xăng hiện đại. Công nghệ này giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và hạn chế khí thải độc hại. Việc thiết kế mô hình VVT-i trong giáo dục giúp sinh viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động, cấu tạo chi tiết của hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ.

1.2. Tầm quan trọng của bài giảng tích hợp

Bài giảng tích hợp kết hợp lý thuyết, mô phỏng số và mô hình thực tế tạo thành một hệ thống giáo dục toàn diện. Sinh viên có cơ hội tiếp cận kiến thức từ nhiều góc độ, từ sơ đồ mạch điện điều khiển đến cấu tạo cơ khí thực tế. Phương pháp này nâng cao hiệu quả học tập và giúp sinh viên ngành cơ khí động lực nắm vững chuyên môn kỹ thuật.

II. Cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động của hệ thống VVT i

Hệ thống VVT-i hoạt động dựa trên nguyên lý điều chỉnh thời điểm phối khí của van hít và van xả trên động cơ phun xăng. Sơ đồ nguyên lý cho thấy hệ thống bao gồm bộ cảm biến, bộ điều khiển điện tử (ECU) và bộ chấp hành (van điều khiển dầu). Ảnh hưởng của góc trùng điệp đến công suất, tiêu hao nhiên liệu và khí thải là vấn đề trọng tâm. Khi làm sớm hoặc làm muộn thời điểm phối khí, động cơ có thể hoạt động hiệu quả hơn ở các điều kiện vận hành khác nhau. Dạng xung điều khiển VVT-i được tạo ra từ ECU với chu kỳ và độ rộng xung cụ thể để điều khiển hoạt động van.

2.1. Sơ đồ tổng thể và các thành phần chính

Sơ đồ hệ thống VVT-i bao gồm các thành phần: cảm biến vị trí trục cam, cảm biến tín hiệu đầu vào, van điều khiển dầu phối khí, bộ điều khiển và hệ thống chẩn đoán. Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống điều khiển điện tử.

2.2. Các biến thể của hệ thống VVT i

Trên các dòng xe Toyota, hệ thống VVT-i có nhiều biến thể như Dual VVT-i (điều chỉnh cả van hít và xả), VVTL-i (thêm chức năng nâng độ cao van) và VVT-iE (phiên bản tiết kiệm năng lượng). Ngoài ra, các hãng khác như Honda có hệ thống VTEC và Mitsubishi có MIVEC với nguyên lý hoạt động tương tự.

III. Mô phỏng hệ thống điều khiển bằng phần mềm Macromedia Flash

Mô phỏng hệ thống điều khiển động cơ bằng Macromedia Flash là phương pháp hiệu quả để giúp sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí hiểu rõ hoạt động của các mạch điện điều khiển. Phần mềm cho phép tạo ra giao diện trực quan, mô phỏng hoạt động van điều khiển dầu và hệ thống VVT-i với các cảm biến tín hiệu đầu vào. Quy trình thiết kế mô phỏng bao gồm: xây dựng giao diện chính, tạo các thành phần tương tác, lập trình logic hoạt động và kiểm thử. Mô phỏng các hệ thống khác như hệ thống điều khiển nhiên liệu, hệ thống phun xăng cũng được tích hợp để tạo thành một bài giảng tích hợp hoàn chỉnh.

3.1. Khái quát về Macromedia Flash và ứng dụng

Macromedia Flash 8 là công cụ mạnh mẽ cho mô phỏng kỹ thuật với khả năng tạo hoạt ảnh, tương tác và lập trình. Nó cho phép thiết kế giao diện người dùng trực quan, dễ sử dụng cho sinh viên. Phần mềm hỗ trợ xuất ra file swf, PDF và các định dạng khác, thuận tiện cho việc chia sẻ và giảng dạy.

3.2. Thiết kế mô phỏng chi tiết hệ thống

Quá trình thiết kế bao gồm mô phỏng giao diện chính hiển thị toàn bộ sơ đồ điều khiển, mô phỏng van điều khiển dầu với hoạt động động, mô phỏng cảm biến tín hiệu và mô phỏng các mạch điều khiển. Mỗi thành phần được thiết kế chi tiết, có tính tương tác cao để sinh viên có thể theo dõi quá trình làm việc của hệ thống VVT-i trong động cơ phun xăng.

IV. Thiết kế chế tạo mô hình thực tế và ứng dụng giảng dạy

Mô hình động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i được thiết kế và chế tạo dựa trên động cơ 1SZ-FE của Toyota, một loại động cơ phổ biến tại Việt Nam. Mô hình thực tế bao gồm các bộ phận chính: khối cylindyer, hệ thống van phối khí, van điều khiển dầu VVT-i, hệ thống cảm biến và hệ thống điều khiển điện tử. Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử trên mô hình hiển thị các tín hiệu đầu vào, hệ thống điều khiển chính, hệ thống chẩn đoán lỗi và hệ thống dự phòng. Các yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng mô hình bao gồm: đảm bảo an toàn, bảo vệ thiết bị, tuân theo quy trình vận hành. Bài giảng tích hợp kết hợp lý thuyết, mô phỏng số và mô hình thực tế tạo nên một công cụ giáo dục hiệu quả cho sinh viên ngành cơ khí động lực.

4.1. Giới thiệu động cơ 1SZ FE và cấu tạo mô hình

Động cơ 1SZ-FE là động cơ phun xăng 4 xilanh, được lắp trên các dòng xe Toyota phổ biến. Mô hình được thiết kế với cấu tạo chi tiết, bao gồm các bộ phận có thể tháo lắp để sinh viên quan sát và học tập. Các đặc điểm kỹ thuật của mô hình phù hợp với tiêu chuẩn thực tế, giúp sinh viên nắm vững kiến thức chuyên môn.

4.2. Ứng dụng mô hình trong bài giảng tích hợp

Bài giảng tích hợp sử dụng mô hình để minh họa các khái niệm lý thuyết, từ nguyên lý hoạt động VVT-i đến hệ thống điều khiển điện tử. Sinh viên có thể thực hành tháo lắp, xác định các cảm biến, hiểu rõ sơ đồ mạch điều khiển. Phương pháp này nâng cao hiệu quả học tập và chuẩn bị tốt cho công việc kỹ thuật sau khi tốt nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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: tdtam@kiengiangtec. 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 Cty TNHH Lâm Viễn – Hố Nai 3- 2001 - 2003 Nhân viên Đồng Nai 2004 đến nay Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ Giảng viên thuật Kiên Giang i 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. 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. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2013 Người nghiên cứu Trần Đức Tám iii MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân. i Lời cam đoan. ii Lời cảm tạ .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.

Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Tình hình nghiên cứu hệ thống van biến thiên trên thế giới. Tình hình nghiên cứu trong nước.

Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu.

Phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. 10 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Tổng quan về hệ thống VVT-i.

Ảnh hưởng của góc trùng điệp đến công suất, tiêu hao nhiên liệu và khí thải trên động cơ. Sơ đồ tổng thể hệ thống VVT-i. Sơ đồ nguyên lý hệ thống VVT-i. Thời điểm phối khí hệ thống VVT-i.

Bộ chấp hành hệ thống VVT-i. Bộ điều khiển VVT-i. Van điều khiển dầu phối khí. Hoạt động của hệ thống VVT-i.

Làm sớm thời điểm phối khí. Làm muộn thời điểm phối khí. Dạng xung điều khiển VVT-i. Những biến thể khác của hệ thống VVT-i trên động cơ Toyota.

Hệ thống Dual VVT-i. Hệ thống VVTL-i. Hệ thống VVT-iE. Giới thiệu hệ thống van biến thiên trên một số xe thông dụng tại Việt Nam.

Hệ thống VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control) của hãng Honda. Hệ thống MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ) của hãng Mitsubishi. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG CÓ HỆ THỐNG VVT-I BẰNG PHẦN MỀM MACROMEDIA FLASH. Khái quát về phần mềm Macromedia Flash.

Quy trình thiết mô phỏng kế trên mềm Macromedia Flash 8 .Thiết kế mô phỏng hệ thống điện điều khiển động cơ phun xăng 1SZ-FE. Mô phỏng giao diện chính. Mô phỏng van điều khiển dầu và hệ thống VVT-i. Mô phỏng các cảm biến tín hiệu đầu vào.

Mô phỏng các mạch điện điều khiển động cơ. Mô phỏng các hệ thống khác. THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG CÓ HỆ THỐNG VVT-I. Giới thiệu động cơ 1SZ-FE.

Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ 1SZ-FE. Các tín hiệu đầu vào. Hệ thống điều khiển. Hệ thống chẩn đoán.

Hệ thống dự phòng. Thiết kế, chế tạo mô hình động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i. Cấu tạo mô hình. Đặc điểm kỹ thuật các bộ phận chính trên mô hình.

Các yêu cầu khi sử dụng mô hình. THIẾT KẾ BÀI GIẢNG TÍCH HỢP THỰC TẬP ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG CÓ HỆ THỐNG VVT-I. Cơ sở lý thuyết về dạy học tích hợp. Khái niệm dạy học tích hợp.

Mục đích của dạy học tích hợp. Đặc điểm của dạy học tích hợp. Biên soạn các bài giảng thực hành điện động cơ cho động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i. Những yêu cầu khi biên soạn bài giảng.

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.

KẾT LUẬN- HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. Hướng phát triển của đề tài. 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 134 ix Chƣơng 1 TỔNG QUAN 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, .