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.