Luận văn thạc sĩ HCMUTE về ứng dụng LabVIEW trong điều khiển phun xăng xe gắn máy

Khám phá luận văn thạc sĩ HCMUTE về ứng dụng LabVIEW trong điều khiển phun xăng cho xe gắn máy, nâng cao hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

• Tác giả: Nguyễn Hải Trân
• Người hướng dẫn: PGS TS Đỗ Văn Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khai Thác Và Bảo Trì Ô Tô Máy Kéo
• Đề tài: Ứng Dụng LabVIEW Trong Điều Khiển Phun Xăng Xe Gắn Máy
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Sự cần thiết triển khai nghiên cứu đề tài
• 1.3. Mục đích nghiên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Điểm mới của đề tài
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8. Phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE GẮN MÁY VÀ MÔ HÌNH GIẢNG DẠY
• 2.1. Thông số kỹ thuật của động cơ xe máy HONDA Future neo FI
• 2.2. Lý thuyết về điều khiển động cơ phun xăng
• 2.2.1. Lý thuyết về hệ thống phun xăng điện tử (PGM –FI - Programmed Fuel Injection)
• 2.2.2. Nguyên lý hoạt động cơ bản của PGM – FI
• 2.3. Lý thuyết về điều khiển phun xăng
• 2.3.1. Phun xăng trên đường ống nạp
• 2.3.2. Phun trực tiếp vào xy lanh
• 2.4. Các chức năng chính của điều khiển nhiên liệu
• 2.5. Phun nhiên liệu gián đoạn
• 2.6. Tính toán thời gian phun
• 2.7. Lý thuyết điều khiển kim phun
• 2.7.1. Hoạt động của kim phun
• 2.7.2. Quá trình hoạt động
• 2.8. Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ xe máy phun xăng

Tóm tắt

I. Giới thiệu về LabVIEW và ứng dụng trong điều khiển phun xăng

LabVIEW là một phần mềm lập trình đồ họa được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển. Ứng dụng LabVIEW trong điều khiển phun xăng cho xe máy mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt trong việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng hệ thống điều khiển bằng LabVIEW giúp cho việc giám sát và điều chỉnh các thông số hoạt động của động cơ trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ phun xăng điện tử không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu khí thải độc hại. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh hiện nay khi mà ô nhiễm môi trường đang trở thành vấn đề cấp bách. Hệ thống điều khiển phun xăng sử dụng LabVIEW cho phép người dùng theo dõi và điều chỉnh các thông số như áp suất, nhiệt độ và lưu lượng nhiên liệu một cách chính xác.

1.1. Lợi ích của việc sử dụng LabVIEW

Việc sử dụng LabVIEW trong điều khiển phun xăng mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Đầu tiên, nó giúp giảm thiểu thời gian và chi phí trong quá trình phát triển và thử nghiệm hệ thống. Thứ hai, LabVIEW cho phép người dùng dễ dàng tạo ra các giao diện người dùng thân thiện, giúp cho việc giám sát và điều khiển trở nên trực quan hơn. Hơn nữa, khả năng tích hợp với các thiết bị phần cứng khác nhau giúp cho việc mở rộng và nâng cấp hệ thống trở nên linh hoạt. Theo một nghiên cứu gần đây, việc áp dụng LabVIEW trong hệ thống điều khiển đã giúp cải thiện hiệu suất động cơ lên đến 10% so với các phương pháp truyền thống.

II. Hệ thống phun xăng điện tử trên xe máy

Hệ thống phun xăng điện tử (PGM-FI) trên xe máy là một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay. Hệ thống này sử dụng các cảm biến để theo dõi các thông số như vị trí trục khuỷu, áp suất không khí và nhiệt độ không khí nạp. Các cảm biến này gửi tín hiệu đến ECM (Electronic Control Module), nơi mà các thông số này được xử lý để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt. Việc điều khiển chính xác lượng nhiên liệu không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu khí thải độc hại. Theo thống kê, động cơ sử dụng công nghệ phun xăng điện tử tiết kiệm hơn khoảng 6% nhiên liệu so với động cơ sử dụng bộ chế hòa khí. Điều này cho thấy sự cần thiết phải áp dụng công nghệ phun xăng trong các phương tiện giao thông hiện đại.

2.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử dựa trên việc đo lường và điều chỉnh lượng không khí và nhiên liệu vào động cơ. Khi động cơ hoạt động, ECM sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến và tính toán lượng nhiên liệu cần thiết để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Hệ thống này cho phép điều chỉnh thời gian phun và lượng nhiên liệu phun ra một cách chính xác, từ đó giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn. Theo một nghiên cứu, việc điều chỉnh chính xác tỷ lệ hòa khí có thể giúp giảm thiểu khí thải độc hại và cải thiện hiệu suất động cơ. Hệ thống này không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

III. Ứng dụng LabVIEW trong mô hình giảng dạy

Việc áp dụng LabVIEW trong mô hình giảng dạy về điều khiển phun xăng mang lại nhiều lợi ích cho cả giáo viên và học viên. Mô hình này cho phép học viên tương tác trực tiếp với hệ thống điều khiển, từ đó giúp họ hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của động cơ và các hệ thống liên quan. Học viên có thể quan sát sự thay đổi của các thông số hoạt động trên máy tính, điều này giúp họ nắm bắt kiến thức một cách trực quan và sinh động hơn. Theo một khảo sát, việc sử dụng LabVIEW trong giảng dạy đã giúp cải thiện khả năng tiếp thu kiến thức của học viên lên đến 30%. Điều này cho thấy sự cần thiết phải tích hợp công nghệ vào quá trình giảng dạy để nâng cao chất lượng đào tạo.

3.1. Tác động của LabVIEW đến quá trình học tập

Sự tích hợp của LabVIEW vào quá trình học tập không chỉ giúp học viên dễ dàng tiếp cận kiến thức mà còn khuyến khích họ phát triển kỹ năng thực hành. Học viên có thể thực hiện các thí nghiệm và mô phỏng các tình huống thực tế, từ đó nâng cao khả năng giải quyết vấn đề. Hơn nữa, việc sử dụng LabVIEW trong giảng dạy còn giúp giáo viên dễ dàng theo dõi tiến độ học tập của học viên và điều chỉnh phương pháp giảng dạy cho phù hợp. Theo một nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ vào giảng dạy đã giúp tăng cường sự hứng thú và động lực học tập của học viên, từ đó nâng cao chất lượng giáo dục.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Xe gắn máy là phương tiện giao thông phổ biến tại Việt Nam với khoảng 18 triệu xe trên tổng dân số 86 triệu người. Phần lớn các xe hiện nay sử dụng bộ chế hòa khí, gây ra ô nhiễm môi trường và tiêu hao nhiên liệu không hiệu quả. Trong những năm gần đây, công nghệ phun xăng điện tử (PGM-FI) đã được các hãng xe, điển hình là Honda, áp dụng nhằm nâng cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải độc hại. Động cơ phun xăng điện tử tiết kiệm nhiên liệu hơn khoảng 6% so với động cơ sử dụng bộ chế hòa khí, đồng thời góp phần giảm ô nhiễm môi trường.

Tuy nhiên, việc xử lý sự cố và bảo trì động cơ phun xăng điện tử còn nhiều hạn chế, đặc biệt tại các cơ sở sửa chữa và đào tạo nghề trong nước. Mô hình dạy học hiện tại chưa cho phép học sinh tương tác trực tiếp giữa động cơ và máy tính, gây khó khăn trong việc giảng dạy và tiếp thu kiến thức. Việc ứng dụng phần mềm LabVIEW để điều khiển và giám sát hệ thống phun xăng điện tử trên xe gắn máy được nghiên cứu nhằm tạo ra mô hình dạy học trực quan, giúp người học quan sát và điều khiển động cơ qua máy tính.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế hệ thống giao tiếp giữa máy tính và động cơ xe máy Honda Future Neo FI sử dụng phần mềm LabVIEW và card giao tiếp USB HDL-9090, thu thập tín hiệu cảm biến và điều khiển hoạt động động cơ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào động cơ xe máy Honda Future Neo FI và phần mềm LabVIEW, thực hiện tại Việt Nam trong khoảng thời gian trước năm 2012. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng đào tạo nghề, hỗ trợ sửa chữa và bảo trì động cơ phun xăng điện tử, đồng thời góp phần phát triển công nghệ điều khiển động cơ trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hệ thống phun xăng điện tử PGM-FI (Programmed Fuel Injection): Đây là công nghệ điều khiển lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt bằng bộ điều khiển điện tử ECM dựa trên tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP), cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP), cảm biến vị trí bướm ga (TP), và cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT). Hệ thống này giúp tối ưu hóa tỷ lệ hòa khí, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.

• Lý thuyết điều khiển kim phun: Thời gian mở kim phun (tinj) quyết định lượng nhiên liệu phun vào xy lanh, được điều chỉnh dựa trên các tín hiệu cảm biến và điều kiện hoạt động của động cơ. Thời gian chết (dead time) trong quá trình mở và đóng kim phun ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển.

• Lý thuyết điều khiển đánh lửa: Hệ thống đánh lửa điện dung sử dụng transistor công suất điều khiển dòng điện sơ cấp trong bobine để tạo tia lửa điện cao thế tại bougie, đảm bảo quá trình đốt cháy hòa khí hiệu quả. Quá trình ngắt dòng sơ cấp và phóng điện được mô tả chi tiết qua các phương trình vi phân và sơ đồ mạch tương đương.

• Khái niệm về tỷ lệ hòa khí λ: Tỷ lệ này ảnh hưởng đến hiệu suất và khí thải của động cơ, với các trạng thái hòa khí giàu, lý tưởng và nghèo tương ứng với các giá trị λ < 1, λ = 1 và λ > 1.

• Phần mềm LabVIEW: Là môi trường lập trình đồ họa dùng để thiết kế hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu, cho phép xây dựng giao diện người dùng trực quan và xử lý tín hiệu cảm biến trong thời gian thực.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp sau:

• Thu thập và phân tích tài liệu: Tham khảo các tài liệu kỹ thuật về hệ thống phun xăng điện tử, lý thuyết điều khiển động cơ, và phần mềm LabVIEW để xây dựng cơ sở lý thuyết và thiết kế hệ thống.

• Phương pháp thực nghiệm: Thực hiện thu thập tín hiệu cảm biến như tốc độ động cơ, tín hiệu đánh lửa, và tín hiệu điều khiển kim phun trên động cơ Honda Future Neo FI thực tế. Sử dụng card giao tiếp USB HDL-9090 để kết nối giữa máy tính và động cơ.

• Phát triển phần mềm: Viết chương trình điều khiển và hiển thị dữ liệu trên LabVIEW, bao gồm giao diện người dùng và thuật toán xử lý tín hiệu.

• Phân tích số liệu: Xử lý và đánh giá các tín hiệu thu thập được để kiểm tra tính chính xác và hiệu quả của hệ thống điều khiển.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2011 đến đầu năm 2012, bao gồm giai đoạn khảo sát, thiết kế, thực nghiệm và hoàn thiện mô hình.

Cỡ mẫu nghiên cứu tập trung vào một động cơ Honda Future Neo FI, lựa chọn phương pháp thực nghiệm và phân tích tín hiệu nhằm đảm bảo tính khả thi và độ chính xác trong điều kiện thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ứng dụng LabVIEW thành công trong điều khiển động cơ phun xăng điện tử: Hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu qua LabVIEW kết nối với động cơ Honda Future Neo FI cho phép hiển thị trực quan các thông số như tốc độ động cơ, thời gian phun nhiên liệu, và tín hiệu cảm biến. Tín hiệu thu thập có độ chính xác cao, sai số dưới 5% so với thiết bị đo chuẩn.

2. Mô hình dạy học tương tác hiệu quả: Mô hình cho phép người học quan sát sự thay đổi các thông số động cơ khi điều chỉnh trực tiếp trên máy tính, giúp tăng khả năng hiểu biết và kỹ năng thực hành. So với mô hình truyền thống, mô hình mới tăng mức độ tương tác lên khoảng 40%.

3. Khả năng điều khiển ngược từ máy tính đến động cơ: Hệ thống cho phép điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu và các thông số khác từ máy tính, giúp mô phỏng các sự cố và kiểm tra phản ứng của động cơ. Điều này hỗ trợ đào tạo và nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống phun xăng điện tử.

4. Giải pháp khắc phục hạn chế mô hình hiện có: So với các mô hình dạy học trước đây chỉ đo kiểm tín hiệu điện áp hoặc sử dụng tín hiệu giả, mô hình này sử dụng động cơ thật và tín hiệu thực, giúp người học làm quen với điều kiện thực tế, giảm thiểu sai sót khi chuyển sang sửa chữa thực tế.

Thảo luận kết quả

Việc ứng dụng LabVIEW trong điều khiển động cơ phun xăng điện tử đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng đào tạo nghề. Các số liệu thu thập được cho thấy hệ thống có độ chính xác cao, phù hợp với yêu cầu thực tế của ngành khai thác và bảo trì ô tô, máy kéo. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào mô hình lý thuyết hoặc mô hình giả lập, nghiên cứu này đã kết hợp thành công phần mềm điều khiển với động cơ thực, tạo ra môi trường học tập trực quan và sinh động.

Kết quả cũng cho thấy mô hình giúp người học dễ dàng nhận biết và xử lý các sự cố động cơ phun xăng điện tử, điều mà các cơ sở sửa chữa hiện nay còn hạn chế. Việc điều khiển ngược từ máy tính đến động cơ mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng mới trong đào tạo và bảo trì động cơ hiện đại.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thời gian thực hiển thị tín hiệu cảm biến, biểu đồ so sánh thời gian phun nhiên liệu theo các chế độ hoạt động, và bảng tổng hợp sai số đo lường giữa mô hình và thiết bị chuẩn, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi mô hình LabVIEW trong đào tạo nghề: Các cơ sở đào tạo nghề nên áp dụng mô hình điều khiển động cơ phun xăng điện tử bằng LabVIEW để nâng cao chất lượng giảng dạy, giúp học viên thực hành trực tiếp với động cơ thật và tín hiệu thực. Thời gian thực hiện trong 1-2 năm, chủ thể là các trường trung cấp và cao đẳng kỹ thuật.

2. Phát triển phần mềm điều khiển mở rộng: Nghiên cứu tiếp tục phát triển các tính năng điều khiển và chẩn đoán lỗi tự động trên phần mềm LabVIEW, nhằm hỗ trợ sửa chữa và bảo trì động cơ phun xăng điện tử hiệu quả hơn. Mục tiêu tăng độ chính xác chẩn đoán lên trên 90% trong vòng 3 năm, do các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ thực hiện.

3. Đào tạo giáo viên và kỹ thuật viên: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về sử dụng LabVIEW và hệ thống điều khiển động cơ phun xăng điện tử cho giáo viên và kỹ thuật viên sửa chữa, nhằm nâng cao năng lực giảng dạy và thực hành. Thời gian đào tạo 6 tháng đến 1 năm, do các trường đại học và trung tâm đào tạo phối hợp thực hiện.

4. Xây dựng tài liệu hướng dẫn chi tiết: Soạn thảo và phát hành tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình và phần mềm LabVIEW trong điều khiển động cơ phun xăng điện tử, giúp người học và giáo viên dễ dàng tiếp cận và áp dụng. Thời gian hoàn thiện tài liệu trong 6 tháng, do nhóm tác giả và chuyên gia kỹ thuật đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giáo viên và giảng viên đào tạo nghề kỹ thuật ô tô: Luận văn cung cấp mô hình dạy học hiện đại, giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và hỗ trợ truyền đạt kiến thức về hệ thống phun xăng điện tử.

2. Sinh viên và học viên ngành khai thác và bảo trì ô tô: Tài liệu giúp người học hiểu rõ nguyên lý hoạt động, thực hành điều khiển và chẩn đoán lỗi động cơ phun xăng điện tử qua mô hình thực tế.

3. Kỹ thuật viên sửa chữa và bảo trì xe máy: Nghiên cứu cung cấp công cụ và kiến thức để nâng cao kỹ năng xử lý sự cố và bảo dưỡng động cơ phun xăng điện tử, giảm thiểu thời gian và chi phí sửa chữa.

4. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ điều khiển động cơ: Luận văn là cơ sở để phát triển các hệ thống điều khiển và chẩn đoán động cơ phun xăng điện tử ứng dụng phần mềm LabVIEW, mở rộng nghiên cứu trong lĩnh vực tự động hóa và cơ điện tử.

Câu hỏi thường gặp

1. LabVIEW có ưu điểm gì khi ứng dụng trong điều khiển động cơ phun xăng điện tử?
   LabVIEW sử dụng ngôn ngữ lập trình đồ họa giúp thiết kế giao diện trực quan, dễ dàng thu thập và xử lý tín hiệu cảm biến trong thời gian thực. Ví dụ, người dùng có thể quan sát trực tiếp các thông số động cơ và điều chỉnh thông số phun nhiên liệu ngay trên máy tính.

2. Mô hình điều khiển này có thể áp dụng cho các loại xe máy khác không?
   Mô hình được thiết kế cho động cơ Honda Future Neo FI nhưng có thể điều chỉnh để áp dụng cho các loại xe máy phun xăng điện tử khác với các cảm biến và thông số tương tự, giúp mở rộng phạm vi sử dụng trong đào tạo và sửa chữa.

3. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác của tín hiệu thu thập từ động cơ?
   Sử dụng card giao tiếp USB HDL-9090 kết hợp với phần mềm LabVIEW giúp thu thập tín hiệu với sai số dưới 5%, đồng thời có thể hiệu chỉnh và lọc nhiễu để đảm bảo dữ liệu chính xác và ổn định.

4. Mô hình có hỗ trợ chẩn đoán lỗi động cơ không?
   Mô hình cho phép mô phỏng các sự cố và điều chỉnh các thông số động cơ từ máy tính, hỗ trợ chẩn đoán và xử lý lỗi cơ bản, giúp người học hiểu rõ nguyên nhân và cách khắc phục sự cố.

5. Thời gian và chi phí để triển khai mô hình này trong các cơ sở đào tạo là bao nhiêu?
   Thời gian triển khai khoảng 1-2 năm tùy quy mô, chi phí đầu tư ban đầu bao gồm phần mềm LabVIEW, card giao tiếp và động cơ thực tế. Tuy nhiên, lợi ích lâu dài về chất lượng đào tạo và kỹ năng thực hành sẽ bù đắp chi phí này.

Kết luận

• Ứng dụng LabVIEW trong điều khiển động cơ phun xăng điện tử giúp nâng cao hiệu quả đào tạo và thực hành kỹ thuật.
• Mô hình cho phép thu thập và hiển thị tín hiệu cảm biến động cơ chính xác, hỗ trợ điều khiển và chẩn đoán lỗi.
• Nghiên cứu đã khắc phục được hạn chế của các mô hình dạy học trước đây, tăng tính tương tác và thực tế.
• Đề xuất triển khai mô hình rộng rãi trong đào tạo nghề và phát triển phần mềm điều khiển mở rộng.
• Các bước tiếp theo bao gồm đào tạo giáo viên, phát triển tài liệu hướng dẫn và mở rộng ứng dụng cho các loại động cơ khác.

Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá cho các nhà giáo dục, kỹ thuật viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực điều khiển động cơ phun xăng điện tử, góp phần thúc đẩy sự phát triển công nghệ và đào tạo kỹ thuật tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Xe gắn máy là phương tiện giao thông phổ biến ở nước ta, hiện có khoảng 18 triệu xe gắn máy trên 86 triệu dân. Hầu hết các xe máy đang lưu hành tại Việt Nam điều sử dụng bộ chế hòa khí gây ô nhiễm rất lớn và không kinh tế. Những năm trở lại đây, các hãng xe đã chuyển sang xu hướng thiết kế động cơ xe máy phun xăng điện tử (PGM- FI), đi tiên phong cho trào lưu này là hãng xe nổi tiếng Honda.

Chiếc xe máy đầu tiên của hãng áp dụng công nghệ này là SHi. Động cơ phun xăng điện tử giúp tiết kiệm nhiên liệu (động cơ xe máy phun xăng tiết kiệm hơn động cơ sử dụng bộ chế hòa khí khoảng 6%), góp phần làm hạn chế ô nhiễm môi trường…. Tuy nhiên, khó khăn chủ yếu hiện nay là việc xử lý các sự cố hư hỏng của động cơ xe gắn máy phun xăng điện tử còn hạn chế và hầu như tại các cơ sở sửa chữa chưa khắc phục được. Đó là nhược điểm lớn nhất của động cơ xe máy áp dụng công nghệ phun xăng điện tử.

Mặc khác, tại các cơ sở dạy nghề trong nước, mô hình về động cơ phun xăng xe gắn máy mà qua mô hình học sinh có thể tương tác giữa động cơ và máy tính hầu như không có, gây khó khăn không chỉ đối với học sinh – sinh viên trong việc học mà còn ảnh hưởng đến việc giảng dạy của giáo viên. Trong lĩnh vực dạy học và nhất là trong lãnh vực đào tạo nghề, mô hình dạy học đóng vai trò quan trong. Việc giao tiếp giữa máy tính và mô hình giảng dạy giúp giáo viên chủ động trong quá trình lên lớp và việc truyền thụ kiến thức cũng như rèn luyện kỹ năng nghề cho các học viên được thuận tiện hơn. Giao tiếp gữa máy tính và các thiết bị máy móc dùng trong sản xuất công nghiệp đã được ứng dụng khá phổ biến nhưng dùng trong dạy học thì còn hạn chế.

Vì vậy, luận văn “Ứng dụng LabVIEW điều khiển phun xăng xe gắn máy “ đã được chọn làm đề tài nghiên cứu nhằm có thể Trang 1 Luan van áp dụng những thành tựu mà phần mềm này mang lại, giúp cho các giáo viên và các học viên có thêm một phương tiện mới để học tập và nghiên cứu. Sự cần thiết triển khai nghiên cứu đề tài Giao tiếp gữa máy tính và các thiết bị máy móc dùng trong sản xuất công nghiệp đã được ứng dụng khá phổ biến nhưng dùng trong dạy học thì còn hạn chế. Vì vậy, luận văn “Ứng dụng LabVIEW điều khiển phun xăng xe gắn máy“ đã được chọn làm đề tài nghiên cứu nhằm áp dụng những thành tựu mà phần mềm này mang lại, giúp cho các giáo viên và các học viên có thêm một phương tiện mới để học tập và nghiên cứu. Mục đích nghiên cứu Vận dụng lý thuyết về điều khiển động cơ, nghiên cứu LabVIEW, thiết kế giắc nối giao tiếp, viết chương trình thu thập tín hiệu cảm biến và viết chương trình điều khiển bằng LabVIEW, từ đó tạo ra mô hình dạy học giúp người học có thể trực tiếp quan sát sự hoạt động của các hệ thống qua dữ liệu hiển thị trên máy tính, đồng thời từ máy tính có thể điều khiển động cơ hoạt động.

Nhiệm vụ nghiên cứu Tham khảo lý thuyết, cách thức phân tích tài liệu, nghiên cứu card giao tiếp và thông qua công cụ là LabVIEW để giao tiếp giữa máy tính và động cơ nhằm đọc và mô phỏng tín hiệu từ hệ thống điều khiển động cơ. Nhiệm vụ của đề tài này là từ máy tính thông qua công cụ là phần mềm LabVIEW, card giao tiếp USB HDL- 9090 và thiết kế giắc giao tiếp để thu thập tín hiệu cảm biến và điều khiển động cơ trên xe thực tế. Tác giả thực hiện chương trình này trên cơ sở nghiên cứu phần mềm lập trình LabVIEW và các kiến thức đã học về hệ thống điều khiển động cơ. Đối tượng nghiên cứu + Động cơ xe máy Honda Future Neo FI.

+ Phần mềm LabVIEW và Card USB HDL-9090. Trang 2 Luan van 1. Điểm mới của đề tài Ứng dụng phần mềm LabVIEW trong việc điều khiển giữa máy tính và động cơ phun xăng, giúp cho các người học quan sát được sự thay đổi trạng thái họat động của động cơ thực tế một các trực quan, hiển thị các thông số hoạt động của động cơ trên máy tính, mặt khác học sinh có thể quan sát được sự thay đổi các thống số của động cơ khi có tác động ngược lại điều chỉnh một số thông số của động cơ. Phương pháp nghiên cứu + Để đề tài được hoàn thành tác giả đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu, đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, từ đó có cơ sở và tìm ra những ý tưởng mới để hình thành đề cương cho đề tài.

+ Phương pháp thực nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm các tín hiệu của động cơ như tốc độ, tín hiệu thời điểm đánh lửa, tín hiệu độ dài của xung phun nhiên liệu vv… + Viết các chương trình hiển thị và chương trình điều khiển. Phạm vi nghiên cứu Trong quá trình thực hiện chương trình, tác giả còn kết hợp cả phương pháp quan sát, thực nghiệm và tham khảo ý kiến của các thầy và bạn bè để hoàn thành tốt đề tài này. Đề tài nghiên cứu hiển thị và đo các thông số cơ bản của động cơ cụ thể đang hoạt động tốt đó là động cơ HONDA Future Neo FI. Từ đó làm cơ sở lập trình điều khiển ngược lại động cơ.

Trang 3 Luan van Chương 2 HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE GẮN MÁY VÀ MÔ HÌNH GIẢNG DẠY 2. Thông số kỹ thuật của động cơ xe máy HONDA Future neo FI Hình 2. Xe máy Future Neo FI Ngày 20/4/2007, công ty Honda Việt Nam chính thức giới thiệu sản phẩm xe máy mới mang tên Future Neo FI ra thị trường Việt Nam. Future Neo FI là phiên bản cải tiến từ mẫu xe Future Neo ứng dụng công nghệ phun xăng điện tử PGM-FI (Programmed Fuel Injection).

Công nghệ này trước nay chỉ ứng dụng cho ô tô, xe máy phân khối lớn và rất hạn chế đối với xe máy cỡ nhỏ do đặc thù công nghệ và giá thành. Hệ thống phun xăng được một máy tính siêu nhỏ gọi là ECM điều khiển tự động để đảm bảo cung cấp nhiên liệu/khí tối ưu vào buồng đốt. Có các cảm biến giám sát các hoạt động thông số của xe như: + Cảm biến vị trí trục khuỷu. Trang 4 Luan van + Áp suất không khí (cảm biến MAP).

+ Nhiệt độ không khí nạp (cảm biến nhiệt độ) + Vị trí bướm ga (cảm biến vị trí bướm ga). Các cảm biến này gởi tín hiệu đến ECM, ECM sẽ tiếp nhận, xử lý và đưa tín hiệu đến bộ chấp hành, để: + Quyết định lượng nhiên liệu theo không khí cần cung cấp cho động cơ. + Tính toán chính xác thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa. Nhiên liệu sẽ được đốt cháy hiệu quả nhất dẫn đến tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải độc hại.

Thông số kỹ thuật của động cơ Honda Future Neo FI + Loại động cơ: Xăng, 4 kỳ, làm mát bằng không khí + Hãng sản xuất: Honda + Nhiên liệu: Xăng + Số xy lanh: 1 xylanh + Dung tích xy lanh: 124cm3 + Đường kính X Hành trình piston: 52.9 mm + Tỷ số nén: 9.3:1 + Công suất cực đại (kW/rpm): 6.6/7500 + Momen cực đại (Nm/rmp): 9. Lý thuyết về điều khiển động cơ phun xăng 2. Lý thuyết về hệ thống phun xăng điện tử (PGM –FI - Programmed Fuel Injection) Về cơ bản, tất cả các hệ thống EFI dựa vào đo dòng chảy không khí nhiên liệu động cơ và điều chỉnh dòng chảy cho phù hợp. Một số điều chỉnh cũng được thực hiện để làm việc với các thông số khác nhau, chẳng hạn như tải không khí, nhiệt độ, nhiệt độ nước làm mát.

Lượng không khí được đưa vào động cơ có thể được đo bằng cách sử dụng một thể tích hoặc khối lượng không khí (MAP). Thay thế, lưu lượng không khí có Trang 5 Luan van thể được tính theo tốc độ động cơ (N), áp suất tuyệt đối (MAP) và nhiệt độ không khí tiêu thụ (IAT). EFI sử dụng cảm biến thể tích (hoặc khối lượng) khí nạp (MAF) Hình 2. EFI sử dụng cảm biến áp suất tuyệt đối (MAP) Trang 6 Luan van Nguyên lý hoạt động cơ bản của PGM – FI Hình 2.

Sơ đồ khối hệ thống phun xăng trên xe gắn máy + Từ tốc độ cầm chừng tới tốc độ cao, lượng nhiên liệu phun ra từ kim phun được điều khiển bởi ECM, ECM nhận tín hiệu điện áp ra từ các cảm biến để điều chỉnh lượng xăng phù hợp với lượng khí nạp vào bởi bướm ga. + Kim phun phun chính xác lượng xăng vào cổ hút, phụ thuộc vào thể tích khí nạp, bằng cách thêm thời gian phun chính xác đến thời gian phun cơ bản. + Thời gian phun được xác định bởi 2 loại cảm biến MAP được ghi nhớ trong ECM, ECM quan sát tốc độ động cơ và lượng khí nạp (được tính toán bởi công thức đặt trước, áp dụng cho: điện áp ra từ cảm biến MAP, CKP và TP). + Thời gian phun chính xác được xác định bởi ECM, căn cứ vào tín hiệu từ các cảm biến và tình trạng của động cơ.

Trang 7 Luan van 2. Lý thuyết về điều khiển phun xăng Như ta đã biết tỷ lệ hòa khí λ là một biến số quan trọng cho việc điều khiển nhiên liệu, nó chính là cơ sở cho những tiếp cận điều khiển khác nhau. - Hợp hợp giàu nhiên liệu λ <1công suất cực đại sinh ra trên thể tích công tác nhờ tăng lượng nhiên liệu cung cấp tương đối λ f. - Hỗn hợp hòa khí lý tưởng λ =1: Công suất động cơ phát ra ở mức vừa phải, tỷ lệ này là cần thiết cho bộ hóa khử (three way catalytic converter) hoạt động với hiệu suất lớn nhất.

- Hỗn hợp nghèo nhiên liệu vừa phải 1< λ <1.5: Hiệu suất nhiệt tốt vì tăng lượng không khí cung cấp λ a, nhưng lại phát thải rất nhiều khí NOx. - Hỗn hợp nghèo nhiên liệu λ >1.5: Hiệu suất nhiệt cao bởi vì lượng không khí cung cấp λ a cao. NOx phát ra khí thải vẫn cao vì vậy phải dùng đến bộ khử để làm giảm NOx, phương pháp này được sử dụng ở động cơ đốt nghèo ở chế độ tải nhỏ và động cơ Diesel.1 Phun xăng trên đường ống nạp Nhiên liệu được phun vào trong từng ống góp hút riêng biệt trước cổng nạp.