Luận Văn Thạc Sĩ Về Thiết Kế Mô Hình Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử Tại Quân Đoàn 3

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử phục vụ huấn luyện tại quân đoàn 3, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Cái Công Thành
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí Động lực
• Đề tài: Mô Hình Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử Cho Huấn Luyện Tại Quân Đoàn 3
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT/KÝ HIỆU KHOA HỌC
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.1.1. Một số nghiên cứu trong nước
• 1.1.2. Một số nghiên cứu trên thế giới
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của luận văn
• 1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. Chương 2: LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ XĂNG
• 2.1. Khái quát về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ [4]
• 2.1.1. Lịch sử phát triển
• 2.1.2. Ưu điểm của hệ thống phun xăng
• 2.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình
• 2.2.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình
• 2.2.2. Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng
• 2.3. Các loại cảm biến và tín hiệu ngõ vào
• 2.3.1. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp [4], [6]
• 2.3.2. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
• 2.3.3. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
• 2.3.4. Cảm biến vị trí bướm ga
• 2.3.5. Cảm biến oxy
• 2.3.6. Cảm biến vị trí piston và tốc độ động cơ [11]
• 2.4. Bộ điều khiển điện tử (ECU) [4]
• 2.4.1. Cấu tạo ECU
• 2.4.2. Mạch giao tiếp ngõ vào
• 2.4.3. Giao tiếp ngõ ra
• 2.5. Điều khiển hệ thống đánh lửa
• 2.5.1. Hệ thống đánh lửa đánh lửa trực tiếp dùng trên động cơ 1NZ-FE
• 2.6. Điều khiển kim phun
• 2.6.1. Điều khiển thời gian phun nhiên liệu
• 2.6.2. Điều khiển kim phun khi khởi động
• 2.6.3. Điều khiển sau khởi động
• 2.6.4. Thời gian phun cơ bản
• 2.6.5. Sự hiệu chỉnh thời gian phun
• 2.7. Điều khiển chế độ không tải (cầm chừng) và kiểm soát khí thải
• 2.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. Chương 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CÓ GIAO TIẾP MÁY TÍNH
• 3.1. Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử
• 3.1.1. Chức năng của mô hình
• 3.1.2. Các bộ phận chính của mô hình
• 3.1.3. Động cơ 1NZ-FE
• 3.1.4. Bảng kiểm tra chân giắc hộp ECU và tạo pan
• 3.1.5. Khung lắp đặt mô hình
• 3.1.6. Các chế độ hoạt động của mô hình
• 3.1.6.1. Chế độ vận hành cơ bản
• 3.1.6.2. Chế độ tạo PAN hư hỏng, kết nối máy chẩn đoán đọc và xóa lỗi
• 3.2. Thiết kế thiết bị thu thập tín hiệu [7], [8], [25]
• 3.2.1. Thiết kế phần cứng
• 3.2.2. Lưu đồ thuật toán code Arduino
• 3.2.2.1. Lưu đồ đọc tín hiệu từ 4 chân Analog
• 3.2.2.2. Lưu đồ đọc tín hiệu xung IGT
• 3.2.2.3. Lưu đồ gửi tín hiệu từ Arduino lên máy tính. Giao tiếp RS 232
• 3.2.3. Lưu đồ thuật toán Lab View
• 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. Chương 4: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH
• 4.1. Quy trình thực nghiệm thu thập tín hiệu
• 4.2. Nội dung thực nghiệm thu thập các tín hiệu và đánh giá kết quả
• 4.2.1. Thực nghiệm 1: Đo tín hiệu khối lượng khí nạp từ cảm biến đo gió
• 4.2.2. Thực nghiệm 2: Diễn biến vị trí bướm ga khi thay đổi tốc độ động cơ
• 4.2.3. Thực nghiệm 3: Diễn biến tín hiệu các cảm biến tại chế độ khởi động và cầm chừng
• 4.2.4. Thực nghiệm 4: Quan sát diễn biến tín hiệu cảm biến khi tăng tốc
• 4.3. Thực nghiệm chẩn đoán bằng phần mềm Techstream
• 4.3.1. Trình tự thực hiện
• 4.4. Thực nghiệm chẩn đoán bằng máy chuyên dùng
• 4.4.1. Trình tự thực hiện
• 4.5. Thiết kế các bài tập thực hành trên mô hình [11], [12], [26]
• 4.5.1. Bài thực hành số 1
• 4.5.2. Bài thực hành số 2
• 4.5.3. Bài thực hành số 3
• 4.5.4. Bài thực hành số 4 [23], [26],[23]
• 4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• 5. Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN
• 5.1. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: GIỚI THIỆU VỀ ARDRUINO
• 1.1. Tổng quan về Arduino
• 1.2. Phần cứng của Arduino Uno
• 1.3. Phần mềm Arduino IDE
• 1.3.1. Giao diện của Arduino IDE
• 1.3.2. Lập trình trên Arduino
• 1.3.3. Sử dụng một số Menu thông dụng
• 1.3.4. Ngôn ngữ lập trình trên Arduino
• PHỤ LỤC 2: GIỚI THIỆU VỀ LABVIEW
• 2.1. Các ứng dụng của LabVIEW
• 2.2. Những khái niệm cơ bản của Labview
• 2.2.1. VI (Vitual Instrument) - Thiết bị ảo
• 2.3. Các thành phần chính của LabVIEW
• 2.3.1. Bảng giao diện (The Front Panel)
• 2.3.2. Các biểu tượng kết nối (Icon và Connector)
• 2.4. Các kỹ thuât lập trình trên LabVIEW
• 2.4.1. Bảng điều khiển (Controls Palatte)
• 2.4.2. Bảng các hàm chức năng (Function palette)
• 2.4.3. Các kiểu dữ liệu
• 2.4.4. Các cấu trúc điều khiển luồng chương trình
• 2.5. SubVI và cách xây dựng SubVI
• 2.5.1. Khái niệm SubVI
• 2.5.2. Xây dựng SubVI
• 2.5.2.1. Tạo một SubVI từ một VI
• 2.5.2.2. Tạo một SubVI từ một VI
• 2.6. Lập trình nâng cao trong LabVIEW
• 2.6.1. Liên kết thiết bị ảo với thiết bị phần cứng
• 2.6.2. Cấu trúc cơ bản của DAQ
• 2.6.3. Phần cứng DAQ
• PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH CODE
• 3.1. Chương trình void setup():
• 3.2. Chương trình ngắt:
• PHỤ LỤC 4: BẢNG VỊ TRÍ PAN TRÊN MÔ HÌNH
• PHỤ LỤC 5: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH VÀ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC HỌC VIÊN
• 5.1. Kiểm tra mạch cấp nguồn:
• 5.2. Kiểm tra cảm biến:
• 5.3. Kiểm tra bơm nhiên liệu và kim phun nhiên liệu:
• PHỤ LỤC 6: MỘT SỐ HÌNH ẢNH CỦA MÔ HÌNH
• 6.1. Một số hình ảnh của mô hình:
• 6.2. Một số hình ảnh giao diện phần mềm LabVIEW:

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình hệ thống phun xăng điện tử tại Quân đoàn 3

Mô hình hệ thống phun xăng điện tử là một phần quan trọng trong việc đào tạo kỹ thuật ô tô tại Quân đoàn 3. Hệ thống này sử dụng công nghệ hiện đại để tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu, giúp nâng cao hiệu suất động cơ. Việc nghiên cứu và phát triển mô hình này không chỉ đáp ứng nhu cầu giảng dạy mà còn góp phần nâng cao chất lượng đào tạo cho cán bộ, nhân viên kỹ thuật trong quân đội.

1.1. Khái niệm về hệ thống phun xăng điện tử

Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) là công nghệ điều khiển lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt động cơ. Công nghệ này giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải, từ đó bảo vệ môi trường.

1.2. Vai trò của mô hình trong huấn luyện quân sự

Mô hình hệ thống phun xăng điện tử đóng vai trò quan trọng trong việc giảng dạy và thực hành cho học viên. Nó giúp học viên hiểu rõ hơn về cấu trúc và hoạt động của hệ thống, từ đó nâng cao kỹ năng thực hành.

II. Thách thức trong việc áp dụng công nghệ phun xăng điện tử

Việc áp dụng công nghệ phun xăng điện tử tại Quân đoàn 3 gặp phải nhiều thách thức. Đặc biệt, việc thiếu tài liệu tham khảo và mô hình thực hành là một trong những vấn đề lớn nhất. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng đào tạo và khả năng tiếp cận công nghệ mới của cán bộ, nhân viên.

2.1. Thiếu tài liệu và mô hình thực hành

Nhiều đơn vị trong quân đội chưa có đủ tài liệu và mô hình thực hành cho hệ thống phun xăng điện tử. Điều này gây khó khăn trong việc giảng dạy và thực hành cho học viên.

2.2. Khó khăn trong việc cập nhật công nghệ mới

Công nghệ phun xăng điện tử liên tục phát triển, nhưng việc cập nhật kiến thức và thiết bị mới cho cán bộ, nhân viên tại Quân đoàn 3 vẫn còn hạn chế.

III. Phương pháp thiết kế mô hình hệ thống phun xăng điện tử

Để giải quyết các thách thức trên, việc thiết kế mô hình hệ thống phun xăng điện tử cần được thực hiện một cách bài bản. Mô hình này không chỉ phải đáp ứng yêu cầu giảng dạy mà còn phải có khả năng giao tiếp với máy tính để thực hiện các thí nghiệm và đánh giá kết quả.

3.1. Quy trình thiết kế mô hình

Quy trình thiết kế mô hình bao gồm các bước từ nghiên cứu lý thuyết, thiết kế cấu trúc, đến chế tạo và thử nghiệm. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo chất lượng mô hình.

3.2. Tích hợp công nghệ thông tin vào mô hình

Mô hình cần được tích hợp công nghệ thông tin để có thể giao tiếp với máy tính. Điều này giúp thực hiện các thí nghiệm và thu thập dữ liệu một cách hiệu quả hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình trong huấn luyện

Mô hình hệ thống phun xăng điện tử không chỉ là công cụ giảng dạy mà còn là nền tảng cho các nghiên cứu và thực nghiệm trong lĩnh vực kỹ thuật ô tô. Việc áp dụng mô hình này trong huấn luyện giúp học viên có cái nhìn thực tế hơn về công nghệ hiện đại.

4.1. Kết quả thực nghiệm từ mô hình

Các thực nghiệm được thực hiện trên mô hình đã cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong việc hiểu biết về hệ thống phun xăng điện tử. Học viên có thể thực hành và kiểm tra các thông số kỹ thuật một cách trực tiếp.

4.2. Đánh giá hiệu quả đào tạo

Mô hình đã giúp nâng cao chất lượng đào tạo tại Quân đoàn 3. Học viên có thể áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn, từ đó nâng cao kỹ năng nghề nghiệp.

V. Kết luận và hướng phát triển mô hình trong tương lai

Mô hình hệ thống phun xăng điện tử tại Quân đoàn 3 đã chứng minh được giá trị trong việc nâng cao chất lượng đào tạo. Tuy nhiên, cần tiếp tục phát triển và cải tiến mô hình để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành kỹ thuật ô tô.

5.1. Định hướng phát triển mô hình

Trong tương lai, mô hình cần được cập nhật công nghệ mới và mở rộng khả năng thực hành để đáp ứng nhu cầu đào tạo ngày càng cao.

5.2. Tăng cường hợp tác với các đơn vị nghiên cứu

Cần tăng cường hợp tác với các trường đại học và viện nghiên cứu để cập nhật kiến thức và công nghệ mới, từ đó nâng cao chất lượng đào tạo tại Quân đoàn 3.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong xu thế hiện đại hóa ngành giao thông vận tải, hơn 85% phương tiện ô tô thế hệ mới hiện nay đều sử dụng hệ thống phun xăng điện tử (Electronic Fuel Injection - EFI) nhằm tối ưu hóa hiệu suất buồng đốt và giảm thiểu phát thải ô nhiễm. Tuy nhiên, tại các cơ sở đào tạo kỹ thuật chuyên ngành và các đơn vị quân đội như Quân đoàn 3, trang thiết bị thực hành trực quan còn rất hạn chế. Các mô hình nhập khẩu từ Hàn Quốc hay Trung Quốc thường có giá thành rất cao, khoảng 2.500 USD trở lên, đồng thời thiếu khả năng giao tiếp dữ liệu thời gian thực và không hỗ trợ giả lập pan hư hỏng chuyên sâu.

Vấn đề cấp thiết đặt ra là phải tự chủ nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một mô hình giảng dạy hoàn chỉnh, đáp ứng phương châm huấn luyện lý thuyết đi đôi với thực hành. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài là ứng dụng động cơ Toyota 1NZ-FE dung tích 1.497 cc để chế tạo sa bàn hoạt động thực tế, tích hợp bộ thu thập tín hiệu vi điều khiển, giao tiếp máy tính qua phần mềm chuyên dụng và biên soạn hệ thống bài giảng thực hành.

Nghiên cứu được triển khai tại đơn vị 30 thuộc Cục Kỹ thuật Quân đoàn 3 trong giai đoạn từ năm 2018 đến năm 2019. Đề tài mang lại ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp giảm 60% đến 70% chi phí đầu tư trang thiết bị so với việc nhập khẩu thiết bị ngoại nhập. Đồng thời, mô hình nâng cao 100% tính trực quan hóa dữ liệu xung tín hiệu, phục vụ trực tiếp cho hàng trăm lượt cán bộ, nhân viên chuyên môn kỹ thuật ngành xe - máy mỗi năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết điều khiển lập trình động cơ xăng (Toyota Computer Control System - TCCS) và lý thuyết hòa khí tối ưu với tỷ lệ không khí trên nhiên liệu lý thuyết đạt mức 14,7:1. Đồng thời, đề tài áp dụng mô hình điều khiển đánh lửa sớm điện tử (Electronic Spark Advance - ESA) kết hợp hệ thống đánh lửa trực tiếp (Direct Ignition System - DIS) không sử dụng bộ chia điện, trong đó góc đánh lửa sớm thực tế được xác định theo tổng của góc ban đầu, góc cơ bản và các góc hiệu chỉnh linh hoạt.

Các khái niệm then chốt bao gồm: Cảm biến lưu lượng khí nạp MAF dạng dây nhiệt dựa trên nguyên lý cân bằng cầu Wheatstone; Cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA) và cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) sử dụng chất bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm NTC; Cảm biến vị trí bướm ga (TPS/VTA) biến thiên điện áp 0V đến 5V; Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit - ECU) với cấu trúc vi xử lý 8-bit đến 32-bit tiếp nhận và điều phối tín hiệu đầu ra đến kim phun cùng cuộn đánh lửa đơn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được trích xuất từ các chu kỳ làm việc thực tế của động cơ 1NZ-FE có 4 xy-lanh thẳng hàng, 16 van DOHC VVT-i và tỷ số nén 10,5:1. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 50 chu kỳ vận hành lặp lại liên tục tại 5 dải tốc độ động cơ khác nhau, từ chế độ không tải 800 vòng/phút đến chế độ tải cao 3.500 vòng/phút. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu phân tầng có chủ đích, tập trung vào 4 trạng thái điển hình: Khởi động nguội, không tải, tăng tốc đột ngột và cắt nhiên liệu khi giảm tốc.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm kết hợp số hóa tín hiệu qua vi điều khiển Arduino Uno R3 và phần mềm LabVIEW là nhằm chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số A/D với độ trễ xử lý cực thấp, chỉ dưới 5 mili giây. Hệ thống truyền thông nối tiếp RS-232 đưa toàn bộ thông số lên máy tính, cho phép đối chiếu trực tiếp với phần mềm chẩn đoán chuyên hãng Toyota Techstream và máy quét lỗi G-Scan II. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, khảo sát thực nghiệm được hoàn thành trong timeline 12 tháng liên tục.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm trên mô hình động cơ 1NZ-FE đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng có giá trị khoa học và ứng dụng cao:

Thứ nhất, cảm biến vị trí bướm ga VTA thể hiện đặc tính tuyến tính hoàn hảo với điện áp biến thiên từ 0,5V tại vị trí đóng hoàn toàn (0%) đến 4,5V khi mở hết bướm ga (100%). Tốc độ đáp ứng của bướm ga điện tử giúp thời gian hiệu chỉnh phun nhiên liệu nhanh hơn 25% so với các dòng chế hòa khí truyền thống.

Thứ hai, cảm biến Oxy Zirconia (ZrO2) nung nóng phản hồi chính xác nồng độ khí xả, cung cấp dải điện áp chuẩn từ 0,1V (hòa khí nghèo) đến 0,9V (hòa khí giàu) xoay quanh mốc chuẩn 0,45V tại tỷ lệ 14,7:1. Độ trễ hiệu chỉnh lượng phun của ECU ghi nhận thực tế giảm xuống dưới 15 mili giây.

Thứ ba, cảm biến tốc độ động cơ NE trang bị đĩa tín hiệu 34 răng (khuyết 2 răng) xác định chính xác mỗi bước quay 10 độ của trục khuỷu. Tín hiệu này phối hợp cùng cảm biến vị trí trục cam G (đĩa 3 răng khuyết 1) giúp ECU tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản trong khoảng từ 5 độ đến 15 độ trước điểm chết trên (BTDC) ở chế độ cầm chừng.

Thứ tư, thuật toán điều khiển phun xăng khi khởi động lạnh được chứng minh rõ rệt. Khi nhiệt độ nước làm mát dưới 20°C, ECU tăng lượng nhiên liệu phun lên tới 100% (gấp đôi mức cơ bản) để chống đọng xăng trên vách xy-lanh, sau đó giảm dần về mức định mức khi nhiệt độ nước đạt ngưỡng 80°C.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phản hồi chính xác trên xuất phát từ cơ chế hoạt động tin cậy của các mạch phân thế và cầu đo Wheatstone bên trong ECU khi đọc điện áp từ cảm biến nhiệt điện trở âm NTC (điện áp 4,3V ở -20°C giảm đều xuống 0,3V ở 100°C).

Trong thực tế thực nghiệm, các dữ liệu này được thể hiện trực quan qua đồ thị không gian 2D và mô hình bề mặt 3D trên giao diện LabVIEW. Biểu đồ 3D biểu diễn rõ nét mối tương quan giữa tốc độ vòng tua (vòng/phút), độ mở bướm ga (%) và thời gian nhấc kim phun (mili giây), giúp người học nhận biết tức thì điểm chuyển tiếp giữa các trạng thái công tác.

So với các công trình nghiên cứu trước đây vốn chỉ tập trung vào việc tạo pan đơn lẻ hoặc truy xuất mã lỗi thụ động qua cổng OBD-II, mô hình này vượt trội ở khả năng thu thập tín hiệu độc lập với sai số đo đạc dưới 3%. Kết quả này chứng minh rằng việc kết hợp vi điều khiển chi phí thấp với phần mềm đo lường ảo mang lại hiệu năng tương đương các thiết bị đào tạo đắt tiền của nước ngoài.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao giá trị ứng dụng của mô hình trong công tác đào tạo và kỹ thuật, 4 giải pháp trọng tâm được đề xuất như sau:

Thứ nhất, nâng cấp module phần cứng thu thập dữ liệu bằng cách chuyển đổi sang dòng vi điều khiển 32-bit nhằm tăng tốc độ lấy mẫu tín hiệu lên ngưỡng 100 kHz. Chủ thể thực hiện là nhóm nghiên cứu công nghệ phối hợp cùng Cục Kỹ thuật, với timeline triển khai trong 6 tháng.

Thứ hai, chuẩn hóa và đưa vào giảng dạy bộ giáo trình thực hành gồm 4 bài tập chuyên sâu về kiểm tra mạch nguồn, đo kiểm cảm biến, đánh giá xung điều khiển kim phun và chẩn đoán lỗi qua phần mềm Techstream. Ban Quân huấn Quân đoàn 3 chủ trì thực hiện nhằm đạt chỉ tiêu 100% học viên thành thạo kỹ năng chẩn đoán trong quý 3 năm 2020.

Thứ ba, mở rộng bảng tạo pan hư hỏng lên quy mô 24 pan lỗi phức tạp, tích hợp cụm công tắc chuyển đổi ma trận và điều khiển giả lập sự cố từ xa qua kết nối không dây. Nhóm kỹ sư cơ khí ô tô đảm nhiệm thiết kế trong thời hạn 1 năm.

Thứ tư, phê duyệt kế hoạch nhân rộng mô hình ra 100% các đơn vị cơ sở và trạm xưởng sửa chữa xe máy trong toàn quân đoàn. Bộ Tư lệnh Quân đoàn 3 giữ vai trò chỉ đạo phân bổ kinh phí, hướng tới mục tiêu tiết kiệm 50% ngân sách gửi cán bộ đi đào tạo bổ túc ngoài quân đội trong vòng 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm sau:

Nhóm thứ nhất là giảng viên và giáo viên dạy nghề tại các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật chuyên ngành Cơ khí Động lực và Công nghệ Ô tô. Tài liệu cung cấp giải pháp xây dựng sa bàn dạy học trực quan và lưu đồ thuật toán LabVIEW chuẩn hóa.

Nhóm thứ hai là cán bộ quản lý kỹ thuật, chỉ huy phân đội xe - máy trong lực lượng vũ trang. Tài liệu hỗ trợ việc thiết lập các bài huấn luyện thực hành sát thực tế chiến đấu và nâng cao năng lực làm chủ khí tài cơ giới hiện đại.

Nhóm thứ ba là sinh viên, học viên cao học ngành Kỹ thuật Ô tô và Kỹ thuật Điều khiển - Tự động hóa. Người đọc có thể khai thác các công thức tính toán thời gian phun, góc đánh lửa và phương pháp giao tiếp phần cứng qua chuẩn RS-232.

Nhóm thứ tư là kỹ thuật viên chẩn đoán điện - điện tử tại các trung tâm dịch vụ, garage sửa chữa ô tô. Tài liệu hướng dẫn chi tiết quy trình đo kiểm dạng xung sóng IGT, IGF và cách phân tích lỗi sâu bằng máy chẩn đoán G-Scan II.

Câu hỏi thường gặp

Động cơ Toyota 1NZ-FE có những đặc điểm kỹ thuật nào phù hợp để xây dựng mô hình đào tạo? Động cơ 1NZ-FE sở hữu dung tích 1.497 cc, tỷ số nén 10,5:1, cấu hình 4 xy-lanh 16 van DOHC tích hợp hệ thống điều khiển xu-páp biến thiên thông minh VVT-i. Cấu trúc này đại diện tiêu biểu cho công nghệ ô tô hiện đại, phổ biến trên dòng xe Toyota Vios nên rất sát với thực tiễn sửa chữa.

Nguyên lý làm việc của cảm biến đo gió loại dây nhiệt trên mô hình là gì? Cảm biến sử dụng một dây nhiệt platin đặt trên luồng khí nạp kết hợp mạch cầu Wheatstone và bộ khuếch đại thuật toán OP AMP. Khi dòng khí nạp làm mát dây nhiệt, mạch điều khiển tăng dòng điện để duy trì nhiệt độ không đổi; điện áp rơi trên điện trở đo biến thiên từ 1,0V đến 4,5V phản ánh khối lượng khí nạp.

Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS trên mô hình có ưu điểm gì so với hệ thống cũ? Hệ thống DIS sử dụng mỗi bô bin đơn độc lập cho từng bugi, loại bỏ hoàn toàn bộ chia điện và dây cao áp truyền thống. Thiết kế này giúp triệt tiêu hiện tượng phóng điện tổn hao, giảm nhiễu sóng vô tuyến và cho phép ECU kiểm soát thời điểm đánh lửa IGT với độ chính xác dưới 1 độ góc quay trục khuỷu.

Phần mềm LabVIEW và mạch Arduino Uno R3 đóng vai trò gì trong đề tài? Bo mạch Arduino Uno R3 tiếp nhận tín hiệu từ 4 kênh Analog và các chân xung số Digital, sau đó truyền thông qua chuẩn RS-232 lên máy tính. Phần mềm LabVIEW giữ vai trò trạm điều khiển trung tâm, xử lý các hàm nội suy toán học và hiển thị trực quan thông số vận hành động cơ dưới dạng đồ thị sóng 2D và 3D.

Cơ chế điều khiển kim phun xăng trong giai đoạn khởi động nguội hoạt động như thế nào? Khi khởi động nguội với nhiệt độ nước làm mát dưới 20°C, lượng khí nạp chưa ổn định nên ECU bỏ qua tín hiệu cảm biến gió và tra cứu thời gian phun cơ bản trực tiếp từ bộ nhớ ROM. ECU tự động tăng thời gian mở kim phun lên 100% kết hợp bù điện áp ắc quy để đảm bảo động cơ nổ máy êm ái.

Kết luận

• Đề tài đã thiết kế và chế tạo thành công sa bàn hệ thống phun xăng điện tử hoàn chỉnh trên nền tảng động cơ Toyota 1NZ-FE dung tích 1.497 cc.
• Ứng dụng thành công vi điều khiển Arduino Uno R3 và phần mềm LabVIEW để số hóa, trực quan hóa 100% tín hiệu cảm biến dưới dạng đồ thị 2D và 3D thời gian thực.
• Thiết lập thành công bảng tạo pan hư hỏng giả lập thực tế, hỗ trợ đắc lực cho công tác đọc và xóa mã lỗi qua phần mềm chuyên dụng Toyota Techstream và máy G-Scan II.
• Biên soạn trọn bộ hệ thống giáo trình bài giảng và hướng dẫn thực hành chuyên sâu phục vụ công tác huấn luyện kỹ thuật tại Quân đoàn 3.
• Định hướng tiếp theo trong giai đoạn 2019 - 2020 là nâng cấp vi xử lý lên chuẩn 32-bit và tích hợp công nghệ tạo lỗi điều khiển từ xa.

Công trình nghiên cứu này là tài liệu khoa học nền tảng mang giá trị thực tiễn cao, đóng góp thiết thực cho quá trình đổi mới phương pháp giảng dạy kỹ thuật ô tô hiện đại. Độc giả quan tâm và các cán bộ chuyên môn kỹ thuật hãy áp dụng ngay giải pháp này để chuẩn hóa chương trình huấn luyện tại đơn vị của mình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Dẫn nhập Ngày nay, phương tiện vận tải ô tô hiện đại từ các nước có nền công nghiệp tiên tiến được nhập vào Việt Nam ngày càng nhiều. Nền công nghiệp ô tô trong nước đã có những bước phát triển tốt. Xe ô tô ở Việt Nam được sử dụng rộng rãi, số lượng ô tô hiện đại sử dụng hệ thống phun xăng điện tử ngày càng phổ biến.

Các xe ô tô ngày càng hiện đại có công suất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn, tiêu tốn nhiên liệu tiết kiệm hơn và bảo đảm môi trường khi làm việc.thì yêu cầu đặt ra đối với hệ thống phun xăng điện tử cũng ngày càng cao và nghiêm ngặt hơn. Vì vậy có thể nói, hệ thống phun xăng điện tử đã giữ một vai trò quan trọng không thể thiếu đối với các động cơ ô tô hiện đại sử dụng nhiên liệu xăng. Để sử dụng, khai thác có hiệu quả tính năng kỹ thuật của hệ thống phun xăng điện tử, việc nghiên cứu và nắm vững hệ thống này là rất cần thiết. Nội dung về hệ thống phun xăng điện tử đã được các trường đại học, cao đẳng chuyên ngành, các trung tâm đào tạo nghề đưa vào giảng dạy trong nhiều năm qua, tuy nhiên vẫn còn những khó khăn chung như tài liệu tham khảo; mô hình thiết bị hệ thống phun xăng điện tử để phục vụ công tác giảng dạy thực hành vẫn còn rất ít, giao tiếp máy tính, thực nghiệm sư phạm hạn chế, thiếu tình đồng bộ.

Đặc biệt là ở các đơn vị Quân đoàn 3, hằng năm đều phải tổ chức huấn luyện chuyên ngành trong đó có hệ thống phun xăng điện tử, nhưng chưa có nhiều tài liệu và mô hình hệ thống phun xăng điện tử, trong khi đó số lượng ô tô hiện đại và cán bộ, nhân viên chuyên môn kỹ thuật ngành xe - máy của đơn vị Quân đoàn 3 tương đối lớn; nhu cầu đào tạo, bổ túc hằng năm cao. Năm 2018 - 2019, được sự quan tâm của cơ quan nghiệp vụ cấp trên đầu tư nâng cấp phòng học chuyên ngành tại đơn vị 30 - Cục Kỹ thuật. Bản thân với cương vị là cán bộ quản lý đầu ngành kỹ thuật của Quân đoàn, với mong muốn góp phần đồng bộ phòng học chuyên ngành theo ý định của cấp trên, nâng cao chất lượng nghiên cứu, huấn luyện, thường xuyên bổ sung kiến thức cho đội ngũ cán bộ, nhân viên chuyên môn kỹ thuật trong Quân đoàn. Trang 1 Chính vì lẽ đó, tác giả chọn đề tài: “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử phục vụ huấn luyện tại đơn vị Quân đoàn 3”, với mong muốn đóng góp sản phẩm của mình cho ngành kỹ thuật Quân đoàn.

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Một số nghiên cứu trong nước Trong công tác nghiên cứu, những năm gần đây cũng đã có một số cán bộ khoa học công nghệ đi sâu nghiên cứu hệ thống phun xăng điện tử, mô hình hệ thống phun xăng điện tử cũng được nhiều trường và nhiều cơ sở sản xuất thiết bị dạy nghề thực hiện, nhiều sinh viên cũng chọn đề tài tốt nghiệp thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử. Tuy nhiên, các đề tài này đều xoay quanh việc thiết kế, chế tạo và khai thác mô hình mà chưa ứng dụng công nghệ thông tin để giao tiếp với máy tính hoặc có giao tiếp chỉ đi sâu đọc mã lỗi, xóa mã lỗi, chưa kiểm tra so sánh các thông số giữa mô hình với thực tế trên xe, nội dung thực nghiệm sư phạm trên mô hình còn hạn chế. Đối với các trình độ thạc sĩ hiện nay, nhiều đề tài có giao tiếp máy tính nhưng chủ yếu đi sâu nghiên cứu chế tạo các mạch tạo pan động cơ, hệ thống điều hòa không khí, hệ thống lái.

Một số đề tài tiêu biểu liên quan đến mô hình có giao tiếp với máy tính như: * Thạc sĩ Nguyễn Hoàng Luân.[1] Nghiên cứu chế tạo các mạch tạo pan động cơ ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy (tháng 4/2017): Nội dung chủ yếu của đề tài là thiết kế chế tạo các mạch tạo pan động cơ, giao diện mô phỏng trên máy tính được thực hiện bởi phần mềm LabVIEW. Đề tài này thành công trong việc tạo ra các pan trên động cơ thông qua giao tiếp với máy tính, nhờ đó giúp cho học viên có thể quan sát các thông số hoạt động của động cơ qua đó nâng cao chất lượng giảng dạy. * Thạc sĩ Trịnh Thái Luân.[2] Mô hình hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính thông qua LabVIEW (tháng 10/2012): Nội dung chủ yếu của đề tài này là Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống trợ lực điện, giao diện mô phỏng trên máy tính được thực hiện bởi phần mềm LabVIEW, chủ yếu thể hiện các thông số như: Điện áp thay đổi của cảm biến mô men; khả năng trợ lực của motor; màn hình hiển thị Trang 2 xung khi hệ thống làm việc ở nhiều chế độ khác nhau và núm điều chỉnh thay đổi tốc độ ô tô. Ngoài ra, để giúp cho việc sử dụng mô hình đạt hiệu quả tốt trong giảng dạy và học tập, tác giả đã biên soạn bộ tài liệu giảng dạy theo chương trình đào tạo hệ cao đẳng, ngành công nghệ ô tô kèm theo mô hình.

* Thạc sĩ Trần Văn Lợi.[3] Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lái không trục lái (tháng 10/2010): Nội dung chủ yếu của đề tài là ứng dụng phần mềm LabVIEW để điều khiển cơ cấu lái không thông qua trục lái, tạo cảm giác lái của mô hình xác thực với cảm giác lái của hệ thống lái thực tế trên ô tô, thiết kế mô hình với bánh xe dẫn hướng không tiếp xúc với mặt đường. Ba đề tài trên có nhiều tính năng mới nổi bật về ứng dụng phần mềm LabVIEW để điều khiển, thông qua giao tiếp với máy tính để tạo các tình huống trên mô hình. Một số nghiên cứu trên thế giới Qua nghiên cứu, các nước phát triển đã chế tạo nhiều mô hình, đơn cử như mô hình: Thiết bị do DAESUNG G-3 Co.Ltd, Hàn Quốc sản xuất. Đây là mô hình tương đối đầy đủ tính năng, có thể ứng dụng vào quá trình khai thác giảng dạy.

Song vẫn còn nhiều điểm hạn chế sau: - Giá thành cao. - Mô hình chỉ trình bày nguyên lý, cấu tạo, chẩn đoán. - Đối với chức năng giao tiếp chủ yếu truy xuất dữ liệu từ bộ điều khiển điện tử ECU qua cổng OBDII. Chưa thiết kế thiết bị thu thập tín hiệu để tiến hành các thực nghiệm và các bài tập thực hành về kiểm tra và chẩn đoán trên mô hình.

Thiết bị do Coolife Industry Co.Ltd, Trung Quốc sản xuất đầy đủ các hệ thống, sử dụng chủ yếu dùng cho thực hành về chẩn đoán, nguyên lý, cấu tạo, hạn chế của các thiết bị là giá thành cao (khoảng $ 2.500), không giao tiếp được với máy tính.1: Mô hình động cơ phun xăng của Coolife Industry và DAESUNG 1. Tính cấp thiết của đề tài Như vậy cho đến nay chưa có đề tài nào đầy đủ nội dung nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử, có giao tiếp với máy tính, thực hiện các bài giảng thực hành và thực nghiệm sư phạm trên mô hình. Các mô hình được bày bán trên mạng của một số công ty như: Công ty cổ phần thiết bị Tân Phát, Công ty cổ phần VintesGroup, Công ty cổ phần sản xuất thiết bị Vinh Quang, Công ty cổ phần điện tử chuyên dụng Hanel.còn thiếu một số chức năng cần thiết để học tập và nghiên cứu trên mô hình như không quan sát được các chế độ hoạt động của hệ thống, không đo được một số thông số cơ bản, không giả lập được các tình huống hư hỏng, không truy xuất các thông số động cơ dưới dạng đồ thị. Vì vậy, đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử phục vụ huấn luyện tại Quân đoàn 3” thật sự cần thiết trong quá trình đào tạo ngành công nghệ ô tô nói chung và huấn luyện, bổ túc cho cán bộ, nhân viên chuyên môn kỹ thuật của Quân đoàn 3 nói riêng do những lợi ích sau: - Thiết kế, chế tạo nên sản phẩm mô hình hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử dưới hình thức thu gọn một hệ thống phun xăng điện tử thật trên xe, thành một mô hình dạng đơn giản hơn, hoạt động được, phù hợp yêu cầu học tập nghiên Trang 4 cứu, nhưng vẫn bảo đảm thực tế, thể hiện được đầy đủ các chức năng của hệ thống.

Với các ưu điểm như tính trực quan, sinh động, cơ động và sát với thực tiễn sẽ giúp cho công việc học tập và nghiên cứu chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ được thuận lợi và đạt hiệu quả cao. - Trên mô hình có giao tiếp với máy tính giúp cho người học quan sát quá trình điều khiển và hoạt động của hệ thống được rõ hơn, dễ hiểu hơn. Mặt khác, người học trực tiếp điều khiển và kiểm nghiệm các hoạt động cũng như các pan của hệ thống thông qua các thiết bị ngoại vi và máy tính, điều này sẽ giúp cho người học phân tích được nguyên lý vận hành và các nguyên nhân hư hỏng của hệ thống. Luận văn đáp ứng được ba yêu cầu chính yếu trong nghiên cứu khoa học: Tính mới, tính cần thiết và tính quan trọng.

Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 1. Mục tiêu nghiên cứu [15] Vận dụng các kiến thức lý thuyết về hệ thống điều khiển phun xăng điện tử trên ô tô, lý thuyết về vi điều khiển, thiết kế mạch giao tiếp, mạch tạo pan hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 1NZ-FE nhằm giúp cho quá trình huấn luyện được tốt hơn, giúp cho giáo viên và người học có thể trực tiếp quan sát sự hoạt động của hệ thống qua dữ liệu hiển thị trên máy tính. Đồng thời mô hình có thể tạo các pan của hệ thống phun xăng điện tử. Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 1NZ-FE.

- Các mạch tạo pan trên động cơ 1NZ-FE. - Nghiên cứu ứng dụng Arduino và phần mềm LabVIEW. - Các loại card giao tiếp. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của luận văn 1.