Khám Phá Mô Hình Động Cơ Toyota 3C-TE: Đặc Điểm Và Công Dụng

Động cơ Toyota 3C-TE là một trong những động cơ diesel phổ biến của Toyota, được sử… 117 trang · Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh · 2023.

• Tác giả: Nguyễn Tấn Đạt
• Người hướng dẫn: ThS. Đinh Tấn Ngọc
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Mô Hình Động Cơ Toyota 3C-TE: Chi Tiết Và Ứng Dụng
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Các bước thực hiện
• 1.5. Phạm vi ứng dụng của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 3C – TE
• 2.1. Cấu tạo mô hình
• 2.2. Sơ đồ vị trí chân ECU
• 2.3. Sơ đồ các chân cảm biến
• 2.4. Các yêu cầu khi sử dụng mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG EDC
• 3.1. Nguyên lý hoạt động và cách kiểm tra các cảm biến
• 3.2. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
• 3.3. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
• 3.4. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
• 4. CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DÙNG BƠM CAO ÁP VE – EDC
• 5. CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG TUẦN HOÀN KHÍ THẢI EGR
• 6. CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG TĂNG ÁP
• 7. CHƯƠNG 7: XÔNG MÁY VÀ TẠO PAN
• 8. CHƯƠNG 8: KIỂM TRA VÀ LƯU Ý
• KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục 1: Các khối điều khiển trên điện thoại
• Phụ lục 2: Code Arduino

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Động cơ Toyota 3C TE

Động cơ Toyota 3C-TE là một trong những động cơ diesel phổ biến của Toyota, được sử dụng trong các dòng xe như Toyota Corona và Toyota Caldina. Động cơ này có dung tích 2.2 lít, sử dụng công nghệ phun nhiên liệu điện tử (Electronic Fuel Injection) và hệ thống tăng áp (Turbo). Với tỉ số nén cao (22.6:1), động cơ này đạt công suất từ 85 đến 105 mã lực và mô-men xoắn từ 185 đến 240 Nm. Mô hình động cơ Toyota 3C-TE được sử dụng trong giảng dạy và nghiên cứu, giúp sinh viên hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ diesel hiện đại.

1.1 Cấu tạo mô hình

Mô hình động cơ Toyota 3C-TE bao gồm các bộ phận chính như bộ luân hồi khí xả, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, và cảm biến tốc độ động cơ. Các cảm biến này được kết nối với ECU (Electronic Control Unit) để điều khiển chính xác lượng phun nhiên liệu và thời điểm phun. Mô hình cũng bao gồm hệ thống nước làm mát và bôi trơn, đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả.

1.2 Ứng dụng của mô hình

Mô hình động cơ Toyota 3C-TE được sử dụng trong việc giảng dạy và nghiên cứu tại các trường đại học kỹ thuật. Sinh viên có thể thực hành khởi động mô hình, tạo ra các lỗi và sửa chữa, từ đó hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các hệ thống trên động cơ. Mô hình cũng giúp sinh viên tiếp cận với công nghệ điều khiển diesel điện tử (EDC) và hệ thống tăng áp, những công nghệ tiên tiến trong ngành công nghiệp ô tô.

II. Hệ thống EDC và các cảm biến

Hệ thống EDC (Electronic Diesel Control) là hệ thống điều khiển điện tử được sử dụng trong động cơ diesel để kiểm soát chính xác lượng phun nhiên liệu và thời điểm phun. Hệ thống này bao gồm các cảm biến như cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, và cảm biến tốc độ động cơ. Các cảm biến này gửi tín hiệu về ECU, từ đó điều chỉnh các thông số hoạt động của động cơ để đạt hiệu suất tối ưu.

2.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến

Các cảm biến trong hệ thống EDC hoạt động dựa trên nguyên lý nhiệt điện trở âm (Negative Temperature Coefficient). Khi nhiệt độ tăng, điện trở của cảm biến giảm, và tín hiệu điện áp gửi về ECU thay đổi tương ứng. Ví dụ, cảm biến nhiệt độ khí nạp đo nhiệt độ khí nạp và gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát cũng hoạt động tương tự, giúp ECU điều chỉnh nhiệt độ động cơ ở mức tối ưu.

2.2 Kiểm tra và bảo trì cảm biến

Việc kiểm tra các cảm biến trong hệ thống EDC là bước quan trọng để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định. Sử dụng đồng hồ vạn năng để đo điện áp và điện trở của các cảm biến, so sánh với giá trị chuẩn. Ví dụ, cảm biến nhiệt độ khí nạp ở nhiệt độ 20°C có điện trở từ 2.0 đến 3.0 kΩ. Nếu giá trị đo được không đúng, cần thay thế hoặc sửa chữa cảm biến để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác.

III. Hệ thống nhiên liệu và tăng áp

Hệ thống nhiên liệu của động cơ Toyota 3C-TE sử dụng bơm cao áp VE-EDC để phân phối nhiên liệu đến các xy-lanh. Hệ thống này bao gồm van định lượng SPV (Spill Control Valve) và van định thời TCV (Timing Control Valve), được điều khiển bởi ECU để đảm bảo lượng phun và thời điểm phun chính xác. Hệ thống tăng áp sử dụng tuabin và cánh quạt nén để tăng áp suất khí nạp, giúp động cơ đạt hiệu suất cao hơn.

3.1 Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp

Bơm cao áp VE-EDC hoạt động dựa trên nguyên lý phân phối nhiên liệu bằng đĩa cam và con lăn. Khi động cơ hoạt động, van SPV điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào xy-lanh, trong khi van TCV điều chỉnh thời điểm phun. Các thông số này được ECU tính toán dựa trên tín hiệu từ các cảm biến, đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu.

3.2 Kiểm tra hệ thống tăng áp

Hệ thống tăng áp cần được kiểm tra định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định. Kiểm tra áp suất khí nạp và tình trạng của tuabin để phát hiện các vấn đề như rò rỉ khí hoặc hư hỏng cánh quạt. Nếu áp suất khí nạp thấp hơn giá trị chuẩn, cần kiểm tra và thay thế các bộ phận liên quan để đảm bảo hiệu suất của động cơ.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Sự phát triển của các ngành công nghiệp và nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông cá nhân gia tăng kéo theo nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu lớn. Mặc dù công nghệ động cơ điện đang được các hãng xe đẩy mạnh phát triển, động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu truyền thống – đặc biệt là động cơ Diesel – vẫn giữ vai trò quan trọng trong ngành vận tải và công nghiệp nặng nhờ hiệu suất nhiệt cao và tính kinh tế. Nhằm làm rõ nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm và hiệu quả kỹ thuật của hệ thống điều khiển Diesel điện tử, đề tài lựa chọn đối tượng nghiên cứu là động cơ Toyota 3C – TE. Đây là nền tảng kỹ thuật phục vụ công tác đào tạo thực hành và phát triển các thế hệ động cơ tương tự.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Văn bản đồ án xác định hệ thống mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

Mục tiêu nghiên cứu:

1. Nắm vững nguyên lý hoạt động của các hệ thống trên mô hình động cơ.
2. Tiếp cận trực tiếp mô hình động cơ, xử lý các sự cố hư hỏng và phục hồi, làm mới mô hình phục vụ giảng dạy.
3. Tìm hiểu phương pháp lập trình điều khiển nhúng.
4. Ứng dụng kiến thức lý thuyết chuyên ngành vào thực hành kỹ thuật.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

1. Khảo sát, phân tích toàn diện các hệ thống trên động cơ Toyota 3C – TE.
2. Sửa chữa, phục hồi hoạt động của mô hình động cơ.
3. Thiết kế, lập trình hệ thống xông máy tự động sử dụng vi điều khiển Arduino.
4. Nghiên cứu, chế tạo hộp tạo pan (mô phỏng sự cố) tích hợp điều khiển kép qua điện thoại thông minh (kết nối Bluetooth) và công tắc cơ khí.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Động cơ Diesel Toyota 3C – TE 4 xy-lanh dung tích 2.2L tăng áp, trang bị hệ thống điều khiển điện tử EDC (Electronic Diesel Control) với bơm cao áp phân phối VE – EDC.
• Phạm vi không gian: Thực hiện tại Xưởng thực hành Động cơ, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
• Phạm vi ứng dụng: Ứng dụng trong công tác giảng dạy, học tập thực hành chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô; phục vụ sinh viên thực tập chẩn đoán, đo kiểm tín hiệu cảm biến và xử lý pan bệnh thực tế.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật

Đề tài dựa trên cơ sở lý thuyết điều khiển động cơ Diesel hiện đại:

• Hệ thống điều khiển Diesel điện tử (EDC - Electronic Diesel Control): Thu thập tín hiệu từ hệ thống cảm biến để tối ưu hóa góc phun sớm và lượng phun nhiên liệu theo từng chế độ tải.
• Hệ thống bơm cao áp phân phối điều khiển điện tử (VE – EDC - Verteiler Einspritzpumpe Electronic Diesel Control): Sử dụng van định lượng dòng tràn SPV (Spill Control Valve) để kiểm soát lượng nhiên liệu và van định thời TCV (Timing Control Valve) để điều khiển thời điểm phun.
• Hệ thống nạp tăng áp (Turbocharger) và tuần hoàn khí xả (EGR - Exhaust Gas Recirculation): Tối ưu hóa hiệu suất nạp khí và giảm thiểu phát thải ô nhiễm NOx.
• Lý thuyết điều khiển tự động và truyền thông không dây: Ứng dụng vi điều khiển Arduino kết hợp module truyền thông nối tiếp Bluetooth HC-06 và mạch rơ-le (Relay) đóng cắt tín hiệu.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả kết hợp các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kỹ thuật:

• Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu: Tổng hợp sổ tay bảo dưỡng kỹ thuật của hãng Toyota, các sơ đồ mạch điện nguyên lý và bài báo khoa học liên quan đến dòng động cơ 3C – TE.
• Phương pháp khảo sát và kế thừa: Nghiên cứu thực trạng các mô hình thực tập động cơ sẵn có tại xưởng để xác định hư hỏng và định hình phương án cải tiến.
• Phương pháp thực nghiệm chế tạo: Lắp ráp phần cứng mạch điều khiển, viết code vi điều khiển Arduino, thiết kế giao diện ứng dụng trên điện thoại và đấu nối hệ thống tạo pan xen vào đường truyền tín hiệu cảm biến - ECU.
• Phương pháp đo kiểm và chuẩn đoán: Sử dụng đồng hồ vạn năng, nhiệt kế kỹ thuật số và thiết bị tạo áp suất/chân không để đo đạc các giá trị điện trở, điện áp tiêu chuẩn tại từng chân giắc ECU và cảm biến.

Nguồn dữ liệu

• Thông số kỹ thuật chuẩn của động cơ Toyota 3C – TE từ nhà sản xuất.
• Dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp từ mô hình: điện áp (V), điện trở ($k\Omega$), áp suất ($kPa$) và phản hồi trạng thái của động cơ khi kích hoạt các pan lỗi.

---

Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật

Thông số kỹ thuật của động cơ Toyota 3C – TE

Động cơ Toyota 3C – TE được trang bị trên các dòng xe thương mại như Toyota Corona và Toyota Caldina. Ý nghĩa ký hiệu mã động cơ:

• 3: Thế hệ động cơ thứ 3.
• C: Họ động cơ (C series).
• T: Trang bị hệ thống tăng áp (Turbocharger).
• E: Trang bị hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử (Electronic Fuel Injection).

Thông số kỹ thuật	Giá trị danh định
Kiểu động cơ	Động cơ Diesel 4 kỳ, 4 xy-lanh thẳng hàng, làm mát bằng nước
Dung tích công tác	2.2 lít ($2184 \text{ cm}^3$)
Đường kính xy-lanh $\times$ Hành trình piston	$86,0 \text{ mm} \times 94,0 \text{ mm}$
Tỉ số nén	$22,6 : 1$
Vật liệu thân máy	Gang đúc
Công suất cực đại	$85 - 105 \text{ HP}$ ($63 - 78 \text{ kW}$)
Mô-men xoắn cực đại	$185 - 240 \text{ Nm}$
Hệ thống nhiên liệu	Bơm phân phối VE – EDC, phun trực tiếp

Kiến trúc phần cứng mô hình và mạch tạo pan

Mô hình hoàn thiện bao gồm giá đỡ kim loại, động cơ Toyota 3C – TE hoàn chỉnh, tủ điện điều khiển, mặt Taplo hiển thị và cụm tạo sự cố (hộp đánh pan).

[Mặt Taplo / Đồng hồ hiển thị] <--- [Hộp ECU Toyota 3C-TE]
                                             ^
                                             |
                         [Bộ tạo Pan kép: Công tắc cơ & Relay 16 kênh]
                                             ^
                                             |
                                 [Vi điều khiển Arduino] <--- (Bluetooth) --- [Smartphone App]
                                             ^
                                             |
[Hệ thống cảm biến & Chấp hành: THA, THW, THF, VTA, PIM, NE, TDC, SPV, TCV, G-REL]

1. Khối nguồn cấp: Nguồn ắc quy 12V cung cấp cho hệ thống khởi động, ECU và các rơ-le chấp hành. Khối hạ áp cấp nguồn ổn định không quá 5V cho vi điều khiển Arduino và mạch logic điều khiển Relay.
2. Khối xông máy tự động: Mạch điều khiển relay xông máy (G-REL) được lập trình qua Arduino để tối ưu thời gian cấp nguồn cho bugi xông tùy theo điều kiện nhiệt độ.
3. Khối tạo pan sự cố: Sử dụng board Relay 16 kênh ghép song song với dàn công tắc gạt thủ công. Hệ thống cho phép ngắt hoặc làm sai lệch 11 đường tín hiệu đầu vào/ra của ECU độc lập thông qua hai phương thức: gạt công tắc cơ trên bảng điều khiển hoặc chạm nút bấm trên ứng dụng điện thoại kết nối Bluetooth HC-06.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Trình bày tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu động cơ Diesel trong bối cảnh kỹ thuật hiện nay. Xác định rõ 4 mục tiêu, 4 nhiệm vụ cốt lõi, phạm vi đào tạo tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM và 7 bước thực hiện đề tài từ khâu thu thập tài liệu, phân tích, lập trình code Arduino, tạo hộp đánh pan, gia công sửa chữa mô hình đến viết báo cáo thuyết minh.

Chương 2: Giới thiệu về mô hình động cơ Toyota 3C – TE

Mô tả cấu trúc vật lý tổng thể của mô hình (khung giá, tủ điện, mặt Taplo, các bộ phận động cơ). Liệt kê bảng tra cứu toàn bộ sơ đồ chân hộp ECU động cơ (gồm các chân mass E1, E2, E01, E02; chân chấp hành SPV, TCV, EGR, G-REL; chân cảm biến THA, THW, THF, VTA, IDL, PIM, NE, TDC; chân điện trở hiệu chỉnh VRT, VRP; chân tín hiệu chẩn đoán TE1, TE2, W, TAC, SP1, SP2). Thiết lập các yêu cầu an toàn kỹ thuật: nguồn cấp 12V đúng cực tính, nguồn Arduino/Relay không vượt quá 5V, kiểm tra mức dầu bôi trơn, nước làm mát và quy tắc chống cháy nổ.

Chương 3: Hệ thống EDC

Phân tích nguyên lý hoạt động, cấu tạo, sơ đồ mạch điện và phương pháp kiểm tra từng cảm biến trong hệ thống điều khiển Diesel điện tử:

• Cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA): Đặt trên đường ống nạp, sử dụng nhiệt điện trở âm (NTC). Điện trở và điện áp giảm khi nhiệt độ tăng (nhiệt độ chuẩn $20^\circ\text{C}$).
• Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW): Cung cấp dữ liệu nhiệt độ thân máy về chân THW của ECU (chuẩn $80^\circ\text{C}$). Khi cảm biến hỏng, ECU tự động kích hoạt chế độ an toàn (failsafe), mặc định nhiệt độ nước là $80^\circ\text{C}$.
• Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF): Đặt trên thân bơm VE – EDC, sử dụng nhiệt điện trở âm để điều chỉnh lượng phun chính xác theo độ nhớt/nhiệt độ dầu.
• Cảm biến vị trí bướm ga (TPS): Cấu tạo gồm 2 con trượt, 4 chân tiếp điểm (VC cấp nguồn 5V, E2 nối mass, IDL báo vị trí cầm chừng 0V, VTA tạo điện áp phân áp tuyến tính từ $0,1\text{V} - 1\text{V}$ khi đóng đến $4\text{V} - 5\text{V}$ khi mở hoàn toàn).
• Cảm biến vị trí điểm chết trên (TDC): Loại cảm biến điện từ đặt cạnh trục khuỷu, tạo ra xung điện thế cảm ứng xoay chiều khi các vấu sắt quét qua cuộn dây từ trường.
• Cảm biến áp suất đường ống nạp (PIM): Gồm màng Silicon gắn buồng chân không và IC khuếch đại, điện áp chân PIM gửi về ECU biến thiên từ $0,3\text{V}$ đến $2,8\text{V}$ tùy theo mức áp suất tăng áp.
• Cảm biến tốc độ động cơ (NE): Lắp tại bơm cao áp, sử dụng rotor từ tính quay đồng bộ với trục dẫn động để phát tín hiệu xoay chiều báo tốc độ vòng quay.
• Hệ thống điều khiển trung tâm ECU: Tổng hợp tín hiệu để tính toán lượng phun cơ bản, lượng phun hiệu chỉnh và thời điểm kích hoạt van SPV, TCV.

Cảm biến / Tín hiệu	Thông số kiểm tra điện trở	Thông số kiểm tra điện áp
THA (Khí nạp)	$20^\circ\text{C}: 2,0 - 3,0\text{ k}\Omega$; $80^\circ\text{C}: 0,2 - 0,4\text{ k}\Omega$	$20^\circ\text{C}: 0,5 - 3,4\text{ V}$
THW (Nước làm mát)	$20^\circ\text{C}: 2,0 - 3,0\text{ k}\Omega$; $80^\circ\text{C}: 0,2 - 0,4\text{ k}\Omega$	Khóa ON / Hoạt động: $0,2 - 4,3\text{ V}$
THF (Nhiên liệu)	$20^\circ\text{C}: 1,81\text{ k}\Omega$	$20^\circ\text{C}: 2,2 - 2,8\text{ V}$; $80^\circ\text{C}: 4,4 - 4,5\text{ V}$
VTA (Bướm ga)	Đóng: $0,3\text{ k}\Omega$; Mở hoàn toàn: $1,4 - 1,8\text{ k}\Omega$	Đóng: $0,1 - 1,0\text{ V}$; Mở: $4,0 - 5,0\text{ V}$
PIM (Áp suất nạp)	Kiểm tra theo màng cảm biến IC	Chân không $40\text{ kPa}: 0,2 - 0,8\text{ V}$; $60\text{ kPa}: 3,2 - 3,8\text{ V}$

Chương 4: Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp VE – EDC

Mô tả chi tiết cấu tạo bơm phân phối VE – EDC (bơm tiếp vận cánh gạt, đĩa cam, đĩa con lăn, piston bơm hướng trục). Trình bày cơ chế điều khiển lượng phun bằng van xả tràn điện từ SPV (Spill Control Valve) đóng/ngắt đường dầu cao áp và cơ chế điều khiển góc phun sớm bằng van định thời TCV (Timing Control Valve) làm thay đổi áp suất buồng chứa piston định thời. Trình bày cấu tạo vòi phun đót kín, bơm tay xả gió và bộ lắng đọng tách nước trong nhiên liệu.

Chương 5: Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR

Khái quát cấu tạo và nguyên lý của hệ thống EGR nhằm giảm nồng độ phát thải $NO_x$ bằng cách đưa một phần khí xả quay trở lại đường nạp. Phân tích chức năng van điện từ chân không VSV (Vacuum Solenoid Valve), van EGR lắp trên đường ống xả và bộ cắt đường nạp để ổn định quá trình hòa trộn khí.

Chương 6: Hệ thống tăng áp

Mô tả cụm Turbocharger dẫn động bằng năng lượng khí xả: cánh tuabin, cánh nén, van cửa xả (Wastegate) điều áp khi áp suất nạp vượt ngưỡng định mức, cơ chế điều chỉnh cánh hướng và hệ thống đường dầu bôi trơn, làm mát ổ trục tuabin.

Chương 7: Xông máy và tạo pan

Trình bày sơ đồ mạch điện hệ thống sấy nóng buồng đốt (xông máy) trước khi khởi động. Chi tiết hóa thiết kế bộ tạo pan điều khiển kép:

• Tạo pan bằng công tắc: 11 công tắc cơ khí ngắt trực tiếp từng đường dây tín hiệu.
• Tạo pan bằng điện thoại: Ứng dụng điều khiển kết nối qua module Bluetooth HC-06, điều khiển mạch 16 Relay ngắt/nối các tín hiệu: PIM, IDL, VTA, THA, THW, THF, NE, TDC, SPV, TCV, GREL. Phân tích các triệu chứng động cơ tương ứng với từng lỗi được kích hoạt.

Chương 8: Kiểm tra và lưu ý

Cung cấp quy trình kiểm tra van điện từ SPV, TCV, các điện trở hiệu chỉnh áp suất/nhiệt độ (VRP, VRT), đo kiểm bảng điện áp tiêu chuẩn trên tất cả các chân giắc ECU khi bật khóa điện ON và khi động cơ nổ máy. Hướng dẫn các mốc dấu căn chỉnh đặt cam, cốt máy, cốt bơm cao áp và các lưu ý an toàn kỹ thuật khi đại tu, sửa chữa động cơ Toyota 3C – TE.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật thực nghiệm

• Phục hồi hoàn chỉnh mô hình động cơ Toyota 3C – TE hoạt động ổn định, nổ máy êm dịu và hiển thị đầy đủ các thông số hoạt động trên mặt Taplo.
• Xây dựng thành công hộp tạo pan tích hợp hai chế độ điều khiển: bảng công tắc cơ khí và ứng dụng trên điện thoại thông minh qua Bluetooth HC-06.
• Đo đạc, tổng hợp và chuẩn hóa bảng dữ liệu điện áp, điện trở thực nghiệm của toàn bộ hệ thống cảm biến (THA, THW, THF, TPS, PIM, NE, TDC) và các cơ cấu chấp hành (SPV, TCV, Relay xông máy), cung cấp cơ sở dữ liệu đối chiếu chính xác khi vận hành mô hình.

Giải pháp và đóng góp của đề tài

1. Giải pháp kỹ thuật: Ứng dụng công nghệ nhúng vi điều khiển (Arduino) và truyền thông không dây vào mô hình dạy học truyền thống, giúp việc mô phỏng pan bệnh diễn ra linh hoạt, không cần can thiệp cắt nối dây cơ học trực tiếp nhiều lần làm hỏng hệ thống dây dẫn.
2. Đóng góp sư phạm: Cung cấp cho Khoa Cơ khí Động lực một thiết bị thực hành trực quan, cho phép sinh viên quan sát hiện tượng thực tế khi mất tín hiệu cảm biến, thực hiện đo kiểm và rèn luyện kỹ năng chẩn đoán mã lỗi động cơ Diesel điều khiển điện tử.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Nghiên cứu tập trung trên một dòng động cơ Diesel điều khiển điện tử thế hệ cũ (bơm phân phối VE – EDC), chưa mở rộng sang hệ thống phun nhiên liệu tích áp đường ống chung (Common Rail Direct Injection - CRDi) phổ biến trên các dòng xe đời mới.
• Ứng dụng điều khiển trên điện thoại mới dừng lại ở việc đóng/ngắt đơn thuần các tín hiệu (tạo pan đứt mạch), chưa mô phỏng được các dạng pan phức tạp như chập mạch, suy hao điện trở theo thời gian thực hoặc làm méo dạng sóng xung.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng chức năng phần mềm: lập trình tạo các dạng tín hiệu giả lập biến thiên (tín hiệu xung PWM, tín hiệu điện áp thay đổi liên tục) để mô phỏng cảm biến bị sai lệch giá trị thay vì chỉ ngắt mạch.
• Nghiên cứu phát triển hệ thống thu thập dữ liệu và chẩn đoán thông minh, hiển thị trực tiếp đồ thị dạng sóng cảm biến lên màn hình máy tính hoặc điện thoại phục vụ công tác giảng dạy chuyên sâu.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án có giá trị tham khảo ứng dụng thực tiễn cao:

• Đối tượng sử dụng: Sinh viên, giảng viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử ô tô tại các trường đại học, cao đẳng nghề.
• Nội dung giá trị:
  • Sơ đồ bố trí chân giắc và bảng điện áp tiêu chuẩn của ECU Toyota 3C – TE (Chương 2, Chương 8).
  • Quy trình và bảng thông số đo kiểm điện trở, điện áp của các cảm biến EDC và bơm cao áp VE – EDC (Chương 3, Chương 4).
  • Sơ đồ nguyên lý và mã nguồn lập trình Arduino điều khiển hệ thống rơ-le đánh pan và xông máy (Chương 7 và Phụ lục).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Khi cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) bị ngắt tín hiệu hoặc hư hỏng, ECU xử lý như thế nào?

Theo dữ kiện tại Chương 3, khi cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) gặp sự cố hoặc bị ngắt mạch, ECU sẽ kích hoạt chế độ an toàn và tự động mặc định giá trị nhiệt độ nước làm mát là $80^\circ\text{C}$ để tiếp tục điều khiển lượng phun nhiên liệu mà không làm ngừng động cơ.

2. Hai van điện từ quan trọng nhất trên bơm cao áp VE – EDC là gì và giữ chức năng gì?

Hai van điện từ cốt lõi trên bơm VE – EDC gồm:

• Van SPV (Spill Control Valve): Van định lượng kiểm soát lượng nhiên liệu phun bằng cách điều khiển thời điểm đóng/mở đường xả tràn cao áp.
• Van TCV (Timing Control Valve): Van định thời kiểm soát góc phun sớm/muộn bằng cách thay đổi áp suất nhiên liệu tác động lên piston định thời.

3. Hệ thống tạo pan trên mô hình có thể ngắt những tín hiệu nào?

Hệ thống tạo pan điều khiển qua công tắc và điện thoại có thể ngắt độc lập 11 tín hiệu kỹ thuật bao gồm: PIM (áp suất nạp), IDL (tiếp điểm cầm chừng), VTA (góc mở bướm ga), THA (nhiệt độ khí nạp), THW (nhiệt độ nước làm mát), THF (nhiệt độ nhiên liệu), NE (tốc độ động cơ), TDC (vị trí điểm chết trên), SPV (van định lượng), TCV (van định thời) và GREL (rơ-le xông máy).

4. Điện áp cấp nguồn cho các khối trên mô hình được quy định như thế nào để đảm bảo an toàn?

Nguồn cấp tổng thể cho mô hình động cơ và cuộn hút Relay là nguồn ắc quy $12\text{V}$ (bắt buộc đấu đúng cực tính). Nguồn điện áp cấp vào vi điều khiển Arduino và mạch logic điều khiển Relay 16 kênh bắt buộc không được vượt quá $5\text{V}$ để tránh hư hỏng linh kiện điện tử.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Mô hình động cơ Toyota 3C – TE" đã hoàn thành việc phục hồi, chuẩn hóa kỹ thuật và vận hành thành công mô hình động cơ Diesel điều khiển điện tử tại xưởng thực hành. Nhóm tác giả đã tích hợp sáng tạo cụm điều khiển xông máy và hệ thống đánh pan sự cố kép qua vi điều khiển Arduino kết hợp ứng dụng điện thoại Bluetooth. Kết quả nghiên cứu cung cấp hệ thống thông số đo kiểm thực nghiệm chuẩn xác, đóng góp một công cụ trực quan và hiệu quả phục vụ công tác đào tạo chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, sự phát triển của các ngành công nghiệp và nhu cầu sử dụng phương tiện cá nhân ngày càng tăng dẫn đến cần nhiều nhiên liệu cho phương tiện giao thông, vận tải. Mặc dù, nhiều hãng xe lớn đã phát triển động cơ điện nhưng vẫn không thể thay thế hoàn toàn xe sử dụng nhiên liệu truyển thống đặc biệt là Diesel. Nhằm hiểu rõ hơn về ưu nhược điểm, hiệu quả kinh tế của động cơ Diesel hiện nay chúng em đã chọn nghiên cứu về động cơ 3C – TE.

Tuy phạm vi của đề tài không thể khai thác hết về động cơ Diesel nhưng đây cũng là cơ sở để phát triển những động cơ tương tự. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1. Mục tiêu - Nắm được nguyên lý của các hệ thống trên mô hình động cơ. - Tiếp cận mô hình động cơ, xử lý các vấn đề hư hỏng, làm mới mô hình.

- Tìm hiểu được cách lập trình. - Ứng dụng những kiến thức đã học vào trong thực hành, giúp cho sinh viên nhớ sâu và cặn kẽ hơn. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu các hệ thống trên động cơ 3C – TE. - Sửa chữa lại mô hình động cơ.

- Xông máy bằng arduino. - Nghiên cứu cách tạo hộp đánh pan điều khiển bằng điện thoại và công tắc. Phương pháp nghiên cứu - Tham khảo tài liệu, thu nhập thông tin từ các trang web, các bài báo khoa học, … - Học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè, anh chị đi trước. - Nghiên cứu các mô hình giảng dạy vẫn còn hoạt động tốt.

- Quan sát và ghi lại các hình ảnh thực liên quan đến quá trình làm trên động cơ. Các bước thực hiện - Thu thập tài liệu. - Tham khảo tài liệu. - Phân tích tài liệu.

1 - Tạo hộp đánh pan bằng điện thoại. - Viết code và chương trình điều khiển qua điện thoại. - Tiến hành vệ sinh, sửa chữa mô hình động cơ. - Viết thuyết minh hoàn chỉnh đề tài.

- Viết báo cáo bảo vệ đề tài. Phạm vi ứng dụng của đề tài Mô hình được sử dụng trong việc học tập và giảng dạy. Sinh viên có thể khởi động mô hình, tạo ra các lỗi, cùng với sự hướng dẫn của giảng viên từ đó hiểu được cách hoạt động của mô hình động cơ, sự quan trọng của các tín hiệu đầu vào ECU. 2 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 3C – TE Động cơ Toyota 3C-TE được sử dụng trong một số mẫu xe Toyota như Toyota Corona và Toyota Caldina.

Động cơ này có dung tích 2.2 lít, làm mát bằng nước, sử dụng Turbo, phun nhiên liệu trực tiếp. Khối xy lanh được làm bằng gang, đường kính 86,0 mm, hành trình piston 94,0 mm và tỉ số nén là 22,6: 1. Thông thường, công suất của động cơ 3C-TE thế hệ cũ dao động từ khoảng 85 đến 105 mã lực (63 đến 78 kW), trong khi mômen xoắn từ khoảng 185 đến 240 Nm. Các mã của động cơ được hiểu như sau: 3 – Động cơ thế hệ thứ 3 C – Họ động cơ T – Tăng áp E – Công nghệ phun nhiên liệu điện tử (Electronic Fuel Injection) 2.

Cấu tạo mô hình Hình 2. Mô hình động cơ nhìn từ trên 3 Hình 2. Mô hình động cơ nhìn từ bên trái Hình 2. Mô hình động cơ nhìn từ bên phải 4 Hình 2.

Bên trong tủ mô hình 2. Mặt Taplo Hình 2. Mặt Taplo mô hình 5 2. Phần động cơ Hình 2.

Các bộ phận trên động cơ Các bộ phận trên động cơ: 1. Bộ luân hồi khí xả 3. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 5. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6.

Cảm biến tốc độ động cơ 7. Cảm biến vị trí điểm chết trên 8. Cảm biến lưu lượng khí nạp 10. Cảm biến nhiệt độ khí nạp 11.

Cảm biến vị trí bướm ga 12. Hệ thống nước làm mát 14. Cảm biến áp suất trên đường ống nạp 6 2. Sơ đồ vị trí chân ECU Hình 2.

Sơ đồ ví trí chân ECU Ý nghĩa: E1 ECU nối mass. E2 Mass các cảm biến. E01 ECU nối mass. E02 ECU nối mass.

SPV Van định lượng. TCV Van định thời. G-REL (Glow plug relay): Relay xông máy. EGR (Exhaust recirculation gas): Van luân hồi khí thải.

TE1,TE2 (Check connector): Giắc kiểm tra động cơ. TDC+, TDC- (Crankshaft position sensor): Cảm biến vị trí trục khuỷu. Ne+, Ne- Cảm biến tốc độ động cơ. SP1 (Vehicle speed sensor): Cảm biến tốc độ xe dùng cho ECT.

SP2 (Vehicle speed sensor): Cảm biến tốc độ xe đo bằng mét. VRT (Correction resistor A): Điện trở hiệu chỉnh theo nhiệt độ. VRP (Correction resistor B): Điện trở hiệu chỉnh theo áp suất. THF Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.

THA Cảm biến nhiệt đô khí nạp. THW Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. IDL Tín hiệu tốc độ cầm chừng. VTA Điện áp góc mở bướm ga.

PIM Cảm biến áp suất đường ống nạp. STA (Starter relay): Tín hiệu khởi động. NSW (Neutral start switch): Công tắc khởi động trung gian. AC (A/C magnetic clutch): Tín hiệu AC.

ACT (A/C amplifier): Khuyếch đại A/C. G-IND (Glow indicator light): Đèn báo xông máy. TAC (Tachometer): Đồng hồ tốc độ động cơ. W (Check engine warning light): Đèn báo kiểm tra động cơ.

STP Stop light switch): Công tắc đèn phanh. BATT BATT – (Battery): Ắc quy. B+ B+ (ECD main relay): Relay chính ECD. Ý nghĩa ký hiệu các chân trên hộp ECU 8 2.

Sơ đồ các chân cảm biến Hình 2. Cảm biến vị trí bướm ga Hình 2. Cảm biến vị trí trục khuỷu Hình 2. Van định thời TCV Hình 2.

Van định lượng SPV Hình 2. Điện trở hiệu chỉnh VRT Hình 2. Đện trở hiệu chỉnh VRP 9 Hình 2. Cảm biến tốc độ 2.

Các yêu cầu khi sử dụng mô hình - Trước khi vận hành mô hình, sinh viên phải hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun dầu điện tử dùng trên động cơ Toyota. - Sinh viên nắm được cấu tạo của mô hình. - Kiểm tra kỹ cách điện trên mô hình trước khi sử dụng. - Điện áp cấp cho mô hình 12V.

(Lưu ý: lắp đúng cực ắc quy vào động cơ) - Điện áp cấp vào Arduino và Relay 16 kênh không được quá 5V. - Điện áp Relay điều khiển 12V. - Chú ý nước làm mát, dầu bôi trơn. - Lưu ý đến phòng chống cháy nổ và an toàn lao động khi vận hành mô hình.

10 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG EDC 3. Tổng quát Hệ thống EDC được sử dụng trong động cơ Diesel để kiểm soát chính xác thời điểm và lượng phun nhiên liệu. Động cơ có các cảm biến và ECU để theo dõi các thông số: áp suất nhiên liệu, nhiệt độ nhiên liệu, tốc độ động cơ, … Hệ thống EDC điều chỉnh các thông số đảm bảo động cơ hoạt động được hiệu quả, tối ưu mức tiêu hao nhiên liệu và giảm khí thải độc hại. Hệ thống EDC gồm các thành phần: - Cảm biến: đo và ghi lại các thông số như áp suất nhiên liệu, nhiệt độ nước làm mát, … trong hệ thống rồi chuyển thành tín hiệu điện áp, tín hiệu này được gửi đến bộ điều khiển trung tâm.

Một số cảm biến dùng trên mô hình: + Cảm biến nhiệt độ khí nạp + Cảm biến nhiệt độ nước làm mát + Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu + Cảm biến vị trí bướm ga + Cảm biến điểm chết trên + Cảm biến tăng áp + Cảm biến tốc độ - Bộ điều khiển trung tâm: xử lý tín hiệu từ cảm biến, thực hiện thuật toán và điều chỉnh các thông số nhiên liệu, các thông số khác của động cơ. ECU sử dụng các thông số này điều chỉnh van nạp nhiên liệu, van nạp không khí và hệ thống nhiên liệu để đạt được hiệu suất tối ưu. - Cơ cấu chấp hành: tín hiệu đầu ra truyền đến cơ cấu chấp hành để thực hiện các nhiệm vụ. Các cơ cấu chấp hành gồm: + Bộ điều khiển lượng phun nhiên liệu (Van SPV) + Bộ điều khiển thời điểm phun (Van TCV) + Các bộ điều khiển khác 11 3.

Nguyên lý hoạt động và cách kiểm tra các cảm biến Mục đích và yêu cầu + Kiểm tra khả năng hoạt động của cảm biến và ECU. + Tiến hành sửa chữa, khắc phục khi kiểm tra có vấn đề. Các quy tắc an toàn khi tiến hành kiểm tra + Không được lắp sai cực ắc quy. + Trước khi tháo cảm biến phải tắt công tắt máy.

+ Việc kiểm tra khi công tắc không ở trạng thái OFF phải tránh chạm mass. Các dụng cụ cần thiết cho việc kiểm tra. + Đồng hồ vạn năng. + Nhiệt kế và nước dùng để kiểm tra.

Cảm biến nhiệt độ khí nạp Hình 3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp Cảm biến nhiệt độ khí nạp được đặt trên đường ống nạp. Nhiệm vụ của cảm biến là đo nhiệt độ của không khí được hút vào động cơ, cung cấp thông tin nhiệt độ khí nạp cho bộ điều khiển trung tâm. a/ Cấu tạo Thành phần chính của cảm biến nhiệt độ khí nạp là chất bán dẫn có nhiệt điện trở âm (Negative Temperature Coefficient), khi nhiệt độ động cơ tăng thì điện trở giảm.

12 b/ Sơ đồ mạch điện Hình 3. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp c/ Nguyên lý hoạt động Cảm biến này được gắn trên đường ống nạp dùng để đo nhiệt độ của dòng khí nạp. Cảm biến nhiệt độ khí nạp có một nhiệt điện trở âm, hoạt động ở mức điện áp 5V. Tương ứng với mỗi mức nhiệt độ khác nhau, cảm biến sẽ gửi tín hiệu điện áp đến chân THA của ECU.

Nhiệt độ khí nạp ở mức chuẩn là 20°C, nếu nhiệt độ vượt qua 20°C, ECU sẽ điều chỉnh giảm lượng phun nhiên liệu và ngược lại, tùy thuộc vào nhiệt độ hiện tại của dòng khí nạp. d/ Cách kiểm tra - Kiểm tra thông mạch các mối nối, giắc cắm, dây dẫn. - Kiểm tra tín hiệu điện áp THA và E2. + Bật khóa điện ON.

+ Đo điện áp các điện cực THA và E2 của giắc nối ECU rồi so sánh với bảng giá trị sau: Nhiệt độ động cơ Điện áp Nhiệt độ động cơ ở 200 C 0. Điện áp cảm biến nhiệt độ khí nạp tương ứng với nhiệt độ động cơ 13 - Kiểm tra điện trở cảm biến: Hình 3. Sơ đồ thử cảm biến nhiệt độ khí nạp + Tháo cảm biến nhiệt độ khí nạp. + Ngâm đầu cảm biến vào nước rồi tăng dần nhiệt độ nước lên.

+ Đo điện trở giữa các cực THA và E2 rồi so sánh với bảng sau: Nhiệt độ nước Điện trở Nhiệt độ nước ở 200C 2,0 – 3,0 K Nhiệt độ nước ở 400C 0,9 – 1,3 K Nhiệt độ nước ở 600C 0,4 – 0,7 K Nhiệt độ nước ở 800C 0,2 – 0,4 K Bảng 3.