Thi công hệ thống điều khiển động cơ TOYOTA 3s FSE

- Thiết kế, thi công phần cứng và lập trình cho mạch điều khiển thu thập tín hiệu của động cơ kết nối với máy tính bằng phần mềm Adruino và LabVIEW.. - Thiết kế được thiết bị truyền dữ l

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

- -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG

CƠ TOYOTA 3S – FSE

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07, năm 2019

SVTH: NGUYỄN VŨ HẢI MSSV: 15145226

SVTH: NGUYỄN NGỌC THIỆN MSSV: 15145369

GVHD: Ths NGUYỄN KIM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

- -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Tên đề tài:

THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

TOYOTA 3S – FSE

SVTH: NGUYỄN VŨ HẢI MSSV: 15145226

SVTH: : NGUYỄN NGỌC THIỆN MSSV: 15145369

GVHD: Ths NGUYỄN KIM

TP, Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: 1 NGUYỄN VŨ HẢI MSSV: 15145226

2 NGUYỄN NGỌC THIỆN MSSV: 15145369

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô Mã ngành đào tạo: 52510205

Hệ đào tạo: Đại học Chính quy

1 Tên đề tài

THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TOYOTA 3S – FSE

2 Nhiệm vụ đề tài

- Tìm hiểu, thu thập tài liệu về động cơ Toyota 3S-FSE

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cấu tạo của các cảm biến trên động cơ và cơ cấu chấp hành

- Thi công mạch điện điều khiển động cơ

- Thiết kế, thi công phần cứng và lập trình cho mạch điều khiển thu thập tín hiệu của động cơ kết nối với máy tính bằng phần mềm Adruino và LabVIEW

3 Sản phẩm của đề tài

- Mô hình động cơ Toyota 3S-FSE

- 1 mạch thu thập tín hiệu động cơ

- 1 giao diện màn hình máy tính để hiện thị các tín hiệu thu được từ động cơ

- 1 tập thuyết minh

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 23/03/2019

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 27/07/2019

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VŨ HẢI MSSV:15145226

Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN NGỌC THIỆN MSSV:15145369

Hội đồng:…………

Tên đề tài:

THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TOYOTA 3S – FSE

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Họ và tên GV hướng dẫn: Th.S NGUYỄN KIM

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN (không đánh máy)

2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

tối đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của

các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ

thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, 15

4 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày 22 tháng 07 năm 2019 Giảng viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)

hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng

buộc thực tế

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VŨ HẢI MSSV:15145226

Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN NGỌC THIỆN MSSV:15145369

Hội đồng…………

Tên đề tài:

THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TOYOTA 3S – FSE

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Họ và tên GV phản biện: (Mã GV):

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án:

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

tối đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các

mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ

thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

7 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không được phép bảo vệ TP.HCM, ngày 22 tháng 07 năm 2019 Giảng viên phản biện

(Ký, ghi rõ họ tên)

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc

quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc

thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TOYOTA 3S – FSE

Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN VŨ HẢI MSSV:15145226

NGUYỄN NGỌC THIỆN MSSV:15145369

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn: _

Giảng viên phản biện:

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07, năm 2019

LỜI CẢM ƠN

Nhóm thực hiện đồ án xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Kim trong quá trình thực hiện nhóm chúng em gặp không ít những khó khăn, nhưng luôn luôn nhận được sự hỗ trợ, hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu và thiết bị của thầy để nhóm thực hiện đồ án

Chúng em xin gửi lời cảm ơn thầy phản biện đã nhận xét thật cụ thể và đóng góp những ý kiến quý báu để đồ án được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực đã

hỗ trợ kiến thức và tạo điều kiện để nhóm thực hiện đồ án để chúng em khắc phục được những khó khăn

Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh đã cung cấp cho chúng em các kiến thức nền tảng và kiến thức chuyên ngành để nhóm có đủ năng lực, đủ kiến thức để thực hiện đồ án thành công

Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ, chia sẻ hiểu biết và kiến thức để nhóm thực hiện đồ án được hoành thiện hơn

Cuối cùng chúng em xin kính chúc quý thầy cô giáo dồi dào sức khỏe, thành công trong công việc và cuộc sống để tiếp tục hướng dẫn dìu dắt thế hệ chúng em ngày càng trưởng thành hơn trong ngành nghề của mình đã chọn lựa Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn

Nhóm thực hiện đồ án:

Nguyễn Vũ Hải Nguyễn Ngọc Thiện

TÓM TẮT

1 Vấn đề nghiên cứu

- Sơ đồ mạch điện của động cơ Toyota 3S – FSE

- Hệ thống điều khiển động cơ

3 Dựa vào tài liệu tham khảo của khóa trước cùng với sự hỗ trợ, hướng dẫn cụ

thể và cung cấp tài liệu của thầy Nguyễn Kim

4 Cách giải quyết vấn đề

- Nắm rõ nguyên lý hoạt động cảm biến và cách đọc hiểu sơ đồ mạch điện động cơ

- Lập trình giao tiếp Arduino với LabVIEW

- Lập trình giao tiếp giữ Arduino và LabVIEW

- Tham khảo tài liệu có sẵn trên Internet, ý kiến bạn bè, sinh viên khóa trước

5 Một số kết quả đạt được

- Thi công được hệ thống điều khiển động cơ Toyota 3S-FSE

- Thiết kế được thiết bị truyền dữ liệu từ ECU động cơ để hiển thị các thông số về tình trạng động cơ trên giao diện màn hình LabVIEW thông qua giao tiếp giữa Adruino

và phần mềm LabVIEW

- Thiết kế được các bài Test thực hiện trực tiếp trên động cơ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

DANH MỤC CÁC BẢNG xiv

PHẦN MỞ ĐẦU 1

TỔNG QUAN 2

1 Lý do chọn đề tài .2

2 Mục tiêu của đề tài .2

3 Phương pháp nghiên cứu 3

4 Kế hoạch nghiên cứu .4

Giai đoạn 1: Nghiên cứu tài liệu: 4

Giai đoạn 2: Tiến hành thiết kế, chế tạo phần cứng và lập trình phần mềm cho mô hình Thi công mạch điều khiển động cơ .4

Giai đoạn 3: Tiến hành thử nghiệm thu thập dữ liệu, tạo Pan trên động cơ và viết thuyết minh .4

PHẦN NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI 6

1.1 Sơ lược về hệ thống phun xăng trực tiếp GDI .6

1.1.1 Lịch sự ra đời động cơ phun xăng trực tiếp GDI .6

1.1.2 Một số mẫu xe sử dụng động cơ phun xăng trực tiếp GDI 7

1.2 Hệ thống phun xăng trực tiếp .8

1.3 Động cơ Toyota 3S-FSE 13

1.3.1 Thông số kỹ thuật động cơ Toyota 3S-FSE 13

1.3.2 Các cảm biến 14

1.3.3 Các cơ cấu chấp hành 14

1.4.Sơ đồ mạch điện và bảng chân ECU: 15

1.4.1 Sơ đồ mạch điện 15

1.4.2 Bảng chân ECU 17

1.5 Các yêu cầu khi sử dụng mô hình 22

1.6 Hình ảnh mô hình động cơ Toyota 3S-FSE 23

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 24

2.1.Các mạch điều khiển cơ bản 24

2.1.1 Mạch rơle và cầu chì: 24

2.1.2 Mạch khởi động 26

2.1.3 Mạch điều khiển bơm xăng: 27

2.2 Các cảm biến: 28

2.2.1 Cảm biến vị trí bướm ga 28

2.2.2 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 30

2.2.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 31

2.2.4 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 34

2.2.5 Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP) 36

2.2.6 Cảm biến tốc độ động cơ (Cảm biến Ne) và vị trí trục cam (Cảm biến G) 39

2.2.7 Cảm biến Oxy 41

2.2.8 Cảm biến kích nổ 43

2.2.9 Cảm biến áp suất ống Rail 44

2.3 Các cơ cấu chấp hành 46

2.3.1 Bơm cao áp 46

2.3.2 Kim phun khởi động lạnh 48

2.3.3 Kim phun 49

2.3.4 Hệ thống VVT-i 50

2.3.5 Hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) 54

2.3.6 Van xoáy (SCV) 56

2.3.7 Điều khiển phun xăng 57

2.3.8 Điều khiển đánh lửa 58

2.4 Hệ thống chẩn đoán lỗi OBD-II: 60

2.4.1 Mô tả: 60

2.4.2 Kiểm tra đèn báo hiệu: 60

2.4.3 Phát hiện mã lỗi (test mode): 61

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ THI CÔNG VÀ LẬP TRÌNH BOARD MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU 64

3.1 Khái quát mô hình cần thu thập dữ liệu 64

3.2 Các tín hiệu cần thu thập: 66

3.2.1 Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp: THA 66

3.2.2 Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát: THW 67

3.2.3 Tín hiệu cảm biến MAP áp suất tuyệt đối đường ống nạp: PIM 68

3.2.4 Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga: VTA 68

3.2.5 Tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp ga: VPA 69

3.2.6 Tín hiệu điều khiển đánh lửa ở máy số 1: IGT1 69

3.2.7 Tín hiệu điều khiển kim phun ở máy số 1: #1 70

3.3 Phương pháp thực hiện 70

3.4 Nguyên lý thực hiện 70

3.5 Khối mạch điều khiển thu nhận tín hiệu phần cứng: 71

3.6 Chương trình dưới Vi điều khiển: 72

3.7 Lưu đồ, thuật toán 73

3.7.1 Lưu đồ đọc cảm biến từ các chân Analog 73

3.7.2 Lưu đồ đọc tín hiệu đọc xung từ chân Digital 73

3.7.3 Lưu đồ tín hiệu giao tiếp với máy tính: 74

3.7.4 Chương trình trong vi điều khiển: 75

3.7.5 Thiết kế phần cứng Arduino UNO R3 76

3.8 Chương trình dưới Arduino UNO R3 77

3.9 Giải thích chương trình code 81

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH BẰNG PHẦN MỀM LABVIEW 86

4.1 Lập trình kết nối và hiển thị trên LabVIEW 86

4.1.1 Xây dựng chương trình và giao diện trên phần mêm LabVIEW 86

4.1.2 Xây dựng biểu đồ khối trên phần mềm LabVIEW 87

4.2 Thiết kế giao diện người sử dụng trên phần mềm LabVIEW: 88

4.3 Giao diện sơ đồ khối của chương trình 89

4.4 Nguyên lý thu và xử lý tín hiệu 91

4.4.1 Giao tiếp với Adruino UNO R3 bằng RS232 91

4.4.2 Tách tín hiệu 93

4.4.3 Xử lý dữ liệu 93

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 99

5.1 Tín hiệu thu thập hiển thị trên màn hình LABVIEW khi động cơ hoạt động ở tốc độ cầm chừng nhiệt độ nước ở nhiệt độ bình thường 99

5.2 Tín hiệu thu thập hiển thị trên màn hình LABVIEW khi động cơ hoạt động ở vị trí bướm ga 15% nhiệt độ nước ở nhiệt độ bình thường 100

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH ĐÁNH PAN 102

CHƯƠNG 7 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 103

CHƯƠNG 8: CÁC BÀI THỰC HÀNH 107

Bài 1: Kiểm tra điện áp 107

Bài 2: Kiểm tra mạch cấp nguồn 111

Bài 3: Kiểm tra kim phun 114

Bài 4: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát 116

Bài 5: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ không khí nạp 120

Bài 6: Kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga 124

Bài 7: Kiểm tra cảm biến vị trí bàn đạp ga 126

Bài 8: Kiểm tra cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp 128

Bài 9: Kiểm tra tín hiệu G,NE 131

Bài 10: Kiểm tra tín hiệu phun từ ECU đến EDU 134

Bài 11: Kiểm tra van thay đổi tiết diện đường ống nạp 138

Bài 12: Kiểm tra bơm xăng 140

Bài 13: Kiểm tra bơm cao áp 143

Bài 14: Kiểm tra kim phun khởi động lạnh 145

Bài 15: Kiểm tra mạch tín hiệu đánh lửa 148

Bài 16: Kiểm tra hệ thống tuần hoàn khí xả EGR 150

Bài 17: Kiểm tra hệ thống thay đổi góc phối khí VVT-i 152

Bài 18: Tìm Pan thông qua hệ thống tự chuẩn đoán OBD-II trên động cơ 3S-FSE 154 PHẦN KẾT LUẬN 156

1 Kết quả đạt được 157

2 Kết luận 158

3 Hướng phát triển của đề tài 158

TÀI LIỆU THAM KHẢO 159

PHỤ LỤC A: GIỚI THIỆU ARDUINO 160

1 Arduino là gì? 160

2 Tổng quan về mạch Arduino đã sử dụng: 160

3 Phần mềm Arduino IDE 163

4 Ngôn ngữ lập trình trên Arduino 164

5 Giá trị: 166

PHỤ LỤC B: GIỚI THIỆU LABVIEW 169

1 LabVIEW là gì? 169

2 Ứng dụng của phần mềm LabVIEW 170

3 Những khái niệm cơ bản của LabVIEW 172

4 Các kỹ thuật lập trình trên LabVIEW 176

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

(Universal Serial Bus)

LabVIEW Phần mềm máy tính (Laboratory Virtual Instrumentation

Engineering Workbench)

Converter)

SPD Tín hiệu tốc độ xe từ bảng đồng hồ táp lô

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang Hình 1-1: Động cơ sử dụng hệ thống phun xăng trực tiếp GDI của Mitsubishi Motors 6

Hình 1-2: Toyota Camry 2.0 E 7

Hình 1-3: Subaru BRZ 7

Hình 1-4: Quá trình phát triển của động cơ xăng 8

Hình 1-5: Sơ đồ động cơ phun xăng trực tiếp 9

Hình 1-6: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 10

Hình 1-7: Hệ thống nhiên liệu động cơ GDI 11

Hình 1-8: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển động cơ GDI 12

Hình 1-9: Sơ đồ mạch điện động cơ Toyot 3S-FSE 16

Hình 1-10: Sơ đồ các chân ECU 18

Hình 1-11: Sơ đồ các chân EDU 22

Hình 1-12: Mô hình động cơ Toyota 3S-FSE 23

Hình 2-1: Mạch rơle và cầu chì 24

Hình 2-2: Sơ đồ mạch điện rơle và cầu chì 25

Hình 2-3: Sơ đồ mạch điện mạch khởi động 26

Hình 2-4: Sơ đồ mạch điện bơm xăng 27

Hình 2-5: Vị trí cảm biến vị trí bướm ga 28

Hình 2-6: Sơ đồ mạch điện và đường đặc tuyến điện áp của cảm biến vị trí bướm ga 29 Hình 2-7: Cảm biến vị trí bàn đạp ga 30

Hình 2-8: Đường đặc tuyến điện áp của bàn đạp ga 31

Hình 2-9: Vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát 32

Hình 2-10: Sơ đồ mạch điện và đặc tuyến điện trở , điện áp của cảm biến nhiệt độ nước làm mát 32

Hình 2-11: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 32

Hình 2-12: Vị trí cảm biến nhiệt độ khí nạp 34

Hình 2-13: Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp 35

Hình 2-14: Đường đặc tuyến điện trở của cảm biến nhiệt độ không khí nạp 36

Hình 2-15: Vị trí cảm biến áp suất đường ống nạp 36

Hình 2-16: Cấu tạo và mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp 37

Hình 2-17: Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp 38

Hình 2-18: Đồ thị đường đặc tính điện áp của cảm biến MAP 38

Hình 2-19: Vị trí đặt cảm biến G 39

Hình 2-20: Vị trí đặt cảm biến Ne 39

Hình 2-21: Sơ đồ mạch điện và xung tín hiệu của cảm biến G - Ne 40

Hình 2-22: Vị trí cảm biến Oxy 41

Hình 2-23: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện cảm biến Oxy 42

Hình 2-24: Đặc tính cảm biến oxy 42

Hình 2-25: Vị trí cảm biến kích nổ 43

Hình 2-26: Cấu tạo và đồ thị xung điện áp của cảm biến kích nổ 44 Hình 2-27: Hình dáng và cấu tạo cảm biến áp suất ống Rail 44 Hình 2-28: Màng áp trở trong cảm biến ống rail 45 Hình 2-29: Bơm cao áp 46 Hình 2-30: Hoạt động của bơm cao áp 47 Hình 2-31: Dạng sóng của van hồi nhiên liệu 47 Hình 2-32: Vị trí kim phun khởi động lạnh 48 Hình 2-33: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện kim phun khởi động lạnh 49 Hình 2-34: Cấu tạo kim phun 50 Hình 2-35: Kết cấu hệ thống VVT-i 51 Hình 2-36: Cấu tạo hệ thống VVT-i 51 Hình 2-37: Dạng xung điều khiển VVT-i 54 Hình 2-38: Vị trí van EGR 55 Hình 2-39: Sơ đồ mạch điện van EGR 55 Hình 2-40: Dạng xung tín hiệu điều khiến motor van EGR 56 Hình 2-41: Hình dạng và vị trí van xoáy 56 Hình 2-42: Dạng sóng của van điều khiển xoáy 57 Hình 2-43: Mạch điều khiển kim phun 57 Hình 2-44: Dạng xung của tín hiệu điều khiển kim phun 58 Hình 2-45: Sơ đồ mạch hệ thống đánh lửa 58 Hình 2-46: Dạng xung tín hiệu của IGT và IGF 59 Hình 2-47: Giắc chẩn đoán OBD-II 60 Hình 3-1: Hình dạng xung tín hiệu cảm biến vị trí trục cam (G) 64 Hình 3-2: Hình dạng xung tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu (Ne) 65 Hình 3-3: Hình dạng xung tín đều khiển đánh lửa ở máy 1 IGT1 65 Hình 3-4: Đồ thị liên hệ giữa nhiệt độ khí nạp và điện áp 67 Hình 3-5: Đồ thị liên hệ nhiệt độ nước làm mát và điện áp 68

Hình 3-6: Đồ thị mối liên hệ áp suất đường ống nạp với điện áp 68

Hình 3-7: Đồ thị mối liên hệ giữa vị trí bướm ga với điện áp 69 Hình 3-8: Đồ thị mối liên lệ giữa vị trí bàn đạp ga với điện áp 69 Hình 3-9: Hình dạng xung tín hiệu IGT 70 Hình 3-10: Hình dạng xung tín hiệu kim phun 70 Hình 3-11: Arduino UNO R3 72 Hình 3-12: Phương thức xử lí các tín hiệu Analog 73 Hình 3-13: Sơ đồ phương thức xử lí các tín hiệu Digital 73 Hình 3-14: Sơ đồ phương thức Arduino truyền dữ liệu thu thập từ động cơ lên máy tính 74 Hình 3-15: Chương trình vòng điều khiển 75 Hình 3-16: Sơ đồ nguyên lý mạch thu thập tín hiệu 76 Hình 3-17: Mạch thu thập tín hiệu với Arduino UNO R3 77

Hình 4-1: Lưu đồ thuật toán truyền nhận tín hiệu giữa LabVIEW và thiết bị ngoại vi 86 Hình 4-2: Sơ đồ các biểu tượng xây dựng trong sơ đồ khối 87 Hình 4-3: Sơ đồ biểu tượng vòng lặp While và lưu đồ thuật toán 87 Hình 4-4: Giao diện người sử dụng trên phần mềm LabVIEW 88 Hình 4-5: Giao diện sơ đồ khối của chương trình 89 Hình 4-6: Sơ đồ khối giao tiếp giữa Arduino và LabVIEW 92 Hình 4-7: Mô hình khối giao tiếp VISA của LabVIEW 92 Hình 4-8: Tách dữ liệu bằng khối Match Pattern 93 Hình 4-9: Sơ đồ khối xữ lý dữ liệu từ tín hiệu THA 94 Hình 4-10: SubVI THA 94 Hình 4-11: SubVI THW 96 Hình 4-12: SubVI PIM 97 Hình 4-13: SubVI VTA 97 Hình 4-14: SubVI VPA 98 Hình 5-1: Tín hiệu thu thập trên LabVIEW ở tốc độ cầm chừng 99 Hình 5-2: Tín hiệu thu thập trên LabVIEW ở tốc độ 15% bướm ga 101 Hình 6-1: Bảng công tắc Pan 102 Hình 8-1: Sơ đồ mạch điện cấp nguồn 112 Hình 8-2: Sơ đồ cấu tạo rơle chính 112 Hình 8-3: Sơ đồ mạch điện kim phun 115 Hình 8-4: Kiểm tra điện trở kim phun 115 Hình 8-5: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nuớc 117 Hình 8-6: Kiểm tra tín hiệu điện áp chân THW 118 Hình 8-7: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát 118 Hình 8-8: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ không khí nạp 121 Hình 8-9: Kiểm tra điện áp chân THA 121 Hình 8-10: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ không khí nạp 122 Hình 8-11: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 125 Hình 8-12: Kiểm tra điện trở cảm biến vị trí bướm ga 125 Hình 8-13: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga 127 Hình 8-14: Kiểm tra điện trở cảm biến vị trí bàn đạp ga 127 Hình 8-15: Sơ đồ mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp 129 Hình 8-16: Sơ đồ mạch điện tín hiệu G, NE 132 Hình 8-17: Tín hiệu NE và tín hiệu G 133 Hình 8-18: Sơ đồ đấu nối kim phun 134 Hình 8-19: Mạch điện điều khiển kim phun 135 Hình 8-20: Sơ đồ chân relay EDU 135 Hình 8-21: Kiểm tra tín hiệu đầu vào của EDU 136 Hình 8-22: Dạng sóng của van thay đổi tiết diện đường ống nạp 138 Hình 8-23: Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng bằng ECU 141

Hình 8-24: Sơ đồ cấu tạo rơ le bơm 141 Hình 8-25: Kiểm tra áp suất nhiên liệu 144 Hình 8-26: Sơ đồ mạch điện kim phun khởi động lạnh 145 Hình 8-27: Sơ đồ giắc nối vào kim phun khởi động lạnh 146 Hình 8-28: Kiểm tra hoạt động của kim phun khởi động lạnh 147 Hình 8-29: Kiểm tra rò rỉ kim phun khởi động lạnh 147 Hình 8-30: Sơ đồ mạch điện tín hiệu đánh lửa 148 Hình 8-31: Sơ đồ mạch điện van EGR 150 Hình 8-32: Cấu tạo van điều khiển dầu 152 Hình 8-33: Máy chuẩn đoán cầm tay của Toyota 155

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1-1: Thông số kỹ thuật động cơ Toyota 3S-FSE 13 Bảng 2-2: Bảng thông số kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga 30 Bảng 2-3: Bảng thông số kiểm tra cảm biến vị trí bàn đạp ga 31 Bảng 2-4: Bảng giá trị đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát 33 Bảng 2-5: Bảng thông số kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát 34 Bảng 2-6: Bảng giá trị đặc tính cảm biến nhiệt độ không khí nạp 35 Bảng 2-7: Bảng thông số kiểm tra cảm nhiết nhiệt độ khí nạp 36 Bảng 2-8: Bảng thông số kiểm tra cảm biến MAP 39 Bảng 2-9: Bảng thông số kiểm tra cảm biến G, Ne 41 Bảng 2-10: Thông số kiểm tra cảm biến Oxy 43 Bảng 2-11: Bảng thông số kiểm tra cảm biến áp suất ống rail 45 Bảng 2-12: Bảng thông số kiểm tra van hồi nhiên liệu 48 Bảng 2-13: Bảng mã chuẩn đoán hư hỏng OBD- II 61 Bảng 3-14: Bảng giá trị nhiệt độ khí nạp ứng với điện áp và điện trở tương ứng 66 Bảng 3-15: Bảng giá trị nhiệt độ nước làm mát ứng với điện áp và điện trở tương ứng 67 Bảng 3-16: Bảng ý nghĩa các kiểu biến dữ liệu 82 Bảng 7-17: Bảng kết quả thử pan 103 Bảng 8-18: Giá trị điện áp tiêu chuẩn 110 Bảng 8-19: Bảng điện áp chuẩn của cảm biến nhiệt độ nước làm mát 118 Bảng 8-20: Điện trở chuẩn của cảm biến nhiệt độ nước làm mát 119 Bảng 8-21: Điện áp chuẩn của cảm biến nhiệt độ khí nạp 122 Bảng 8-22: Điện trở chuẩn của cảm biến nhiệt độ khí nạp 123 Bảng 8-23: Điện áp của cảm biến vị trí bướm ga 125 Bảng 8-24: Bảng điện áp của cảm biến bàn đạp ga 127 Bảng 8-25: Điện áp ra của cảm biến áp suất chân không 130 Bảng 8-26: Đo điện trở tiêu chuẩn cảm biến NE 132

PHẦN MỞ ĐẦU

TỔNG QUAN

1 Lý do chọn đề tài

Với sự phát triển của công nghệ ô tô với tốc độ chóng mặt, cùng với xu hướng hội nhập hiện nay thì nền công nghiệp ô tô Việt Nam đang trên con đường phát triển mạnh mẽ

Các nước phát triển đang chạy đua với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và công nghệ thông tin là một phần không thể thiếu, đặc biệt là kết nối những chiếc xe hơi với nhau Các xe hơi được kết nối Internet, truyền và nhận thông tin một cách tự động, vì vậy xe hơi sẽ ngày càng thông minh và có thể xử lý tình huống trước sự can thiệp của con người, hơn nữa các xe hơi còn có thể giao tiếp với nhau, giao tiếp với mọi sự vật xung quanh Để làm được điều đó thì việc thu thập dữ liệu từ xe là rất quan trọng, sau đó xe sẽ tự chẩn đoán và phân tích để giúp chiếc xe được an toàn và ổn định hơn

Vì thế, đề tài: “THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TOYOTA 3S

– FSE.” được thực hiện nhằm phần nào bổ sung thêm nguồn tài liệu tham khảo, giúp

sinh viên thấy được bức tranh tổng quát về hệ thống này, đồng thời cũng phần nào giúp các kỹ thuật viên hiểu được cơ bản nguyên lý hoạt động và một số lưu ý trong khi

bảo dưỡng, chẩn đoán, sửa chữa hệ thống mới này

2 Mục tiêu của đề tài

Với yêu cầu nội dung của đề tài, mục tiêu cần đạt được sau khi hoàn thành đề tài như sau:

- Củng cố kiến thức về nguyên lý động cơ đốt trong, hệ thống điện điều khiển trên động cơ

- Ứng dụng các phần mềm lập trình để lập trình hiển thị và giao tiếp với máy tính

- Thiết kế, thi công được mạch thu thập tín hiệu từ động cơ

- Soạn thảo được các bài tập thực hành trên động cơ

3 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành để tài, chúng em đã kết hợp nhiều phương pháp Trong đó nổi bật

là phương pháp tham khảo tài liệu từ các mô hình liên quan có trước cùng với đó là các nguồn tài liệu nước ngoài do nhóm tự tìm hiểu và được cung cấp từ giảng viên hướng dẫn

Bên cạnh đó là quá trình tìm hiểu, học hỏi kinh nghiệm từ thầy hướng dẫn, các thầy trong xưởng động cơ, và các bạn cùng làm chung trong kì làm đồ án để hình thành ý tưởng thiết kế khung cho mô hình, cách bố trí, sắp xếp thiết bị của mô hình

Cuối cùng là quá trình quan sát thực tế hoạt động của động cơ mẫu và kết hợp các thiết bị máy móc chẩn đoán có trong xưởng để so sánh, kiểm tra kết quả thực hiện

 Các bước thực hiện:

- Nắm cơ bản các hệ thống liên quan trên mạch điện trên động cơ phun xăng trực tiếp GDI, cụ thể là động cơ Toyota 3S-FSE

- Ôn lại kiến thức về hệ thống điều khiển động cơ và các cảm biến

- Thi công mô hình động cơ 3S-FSE

- Tham khảo tài liệu, nghiên cứu các tài liệu phần mềm liên quan đến đề tài Lập trình

về Arduino làm các ứng dụng cơ bản có liên quan đến đề tài

- Lập trình về LabVIEW thực hiện hiển thị kết quả đơn giản

- Thiết kế phần cứng, phần mềm cho đề tài nghiên cứu thu tập tín hiệu động cơ FSE

3S Thiết kế phần cứng là bản 8 công tắc Pan

- Thiết kế phần mềm là hoàn thành chương trình trên phần mềm Arduino để thu thập

dữ liệu ổn định, hiển thị kết quả thu được trên LabVIEW của máy tính

- Tiến hành vận hành hệ thống, chẩn đoán lỗi và sữa lỗi

- Tiến hành thu thập tín hiệu và viết thuyết minh

- Nổ máy và thực hiện thu thập, truyền dữ liệu

- Nổ máy và tạo Pan xem triệu chứng của động cơ

- Viết thuyết minh bằng Word

- Viết báo cáo bằng Powerpoint để thuyết trình

- Hoàn tất đề tài

4 Kế hoạch nghiên cứu

Giai đoạn 1: Nghiên cứu tài liệu:

- Sơ đồ mạch điện động cơ 3S-FSE

- Tài liệu hệ thống điều khiển động cơ

- Tài liệu lập trình với Arduino IDE

- Tài liệu thiết kế và lập trình trên phần mềm LabVIEW

- Tài liệu thiết kế mạch điện với phần mềm Proteus 8.5

Giai đoạn 2: Tiến hành thiết kế, chế tạo phần cứng và lập trình phần mềm cho

mô hình Thi công mạch điều khiển động cơ

- Phần mạch thu thập dữ liệu được thiết kế dựa vào bộ xử lí chính là mạch Arduino, sử dụng phần mềm Arduino IDE để lập trình và sử dụng phần mềm Proteus để thực hiện thiết kế phần cứng của mạch thu thập dữ liệu này

- Các mạch hiển thị sẽ được chế tạo từ các linh kiện điện tử, thiết kế thông qua phần mềm Proteus

- Giao tiếp máy tính với động cơ thông qua phần mềm LabVIEW

Giai đoạn 3: Tiến hành thử nghiệm thu thập dữ liệu, tạo Pan trên động cơ và viết thuyết minh

- Tiến hành thử nghiệm thu thập dữ liệu và tạo Pan trên động cơ

- Tiến hành viết báo cáo bằng Word

- Tiến hành làm Powerpoint để thuyết trình

- Hoàn thành đề tài

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI 1.1 Sơ lược về hệ thống phun xăng trực tiếp GDI

1.1.1 Lịch sự ra đời động cơ phun xăng trực tiếp GDI

Vào năm 1955, Mercedes – Benz lần đầu tiên ứng dụng phun xăng trực tiếp vào buồng đốt động cơ với thiết bị tạo áp suất phun của Bosch Tuy nhiên việc ứng dụng

bị quên lãng do vào thời điểm đó các thiết bị điện tử chưa phát triển và ứng dụng nhiều cho động cơ ô tô, nên việc điều khiển phun nhiên liệu vào động cơ thuần túy bằng cơ khí, và việc tạo hỗn hợp phân lớp cho động cơ chưa được nghiên cứu như ngày nay Vì vậy, so với quá trình tạo hỗn hợp hòa khí ngoài động cơ thì quá trình tạo hòa khí trong buồng đốt cũng không khả quan hơn nhưng kết cấu và giá thành thì cao hơn nhiều

Mãi đến năm 1996, với sự phát triển của khoa học điện tử, động cơ xăng ứng dụng phun nhiện liệu trực tiếp vào buồng đốt Mitsubishi Motors đưa trở lại thị trường Nhật Bản với tên GDI (Gasoline Direct Injection), và tiếp đó nó xuất hiện ở châu Âu

1998

Hình 1-1: Động cơ sử dụng hệ thống phun xăng trực tiếp GDI của Mitsubishi

Motors

1.1.2 Một số mẫu xe sử dụng động cơ phun xăng trực tiếp GDI

Hình 1-2: Toyota Camry 2.0 E

Hình 1-3: Subaru BRZ

1.2 Hệ thống phun xăng trực tiếp

 Mô tả chung:

Hình 1-4: Quá trình phát triển của động cơ xăng

Hệ thống GDI (Gasonline Direct Injection) sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn Như vậy hệ thống GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong buồng cháy

Nhờ vào khả năng tạo hỗn hợp bên trong buồng đốt nên ở động cơ GDI có thể kiểm soát được chính xác lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt trong mỗi chu trình hoạt động của động cơ , khắc phục được nhược điểm phun trên ống nạp nhiên liệu bị bám vào thành ống

Cũng nhờ vào việc phun nhiên liệu trực tiếp và kết cấu của buồng đốt nên động

cơ GDI có thể hoạt động với tỷ lệ hỗn hợp (Air/Fuel) = (35-55) rất loãng ở tốc độ cao (trên 120 Km/h), đảm bảo cho động cơ cháy sạch, tiết kiệm nhiên liệu tối đa, giảm nồng độ khí thải ô nhiễm (nhờ phát huy được tác dụng bộ xúc tác dual- catalyst)

Tỷ số nén của động cơ GDI được nâng cao hơn so với động cơ PFI nên công suất của động cơ GDI lớn hơn 10% so với động cơ PFI cùng dung tích cylinder Kết

cấu của hệ thống tăng áp cho động cơ GDI thiết kế được hoàn thiên hơn do đó động cơ

có thể hoạt động với hỗn hợp cực nghèo

Động cơ GDI được chế tạo đảm bảo thân thiện với môi trường bằng cách giải quyết vấn đề thường đi kèm với những động cơ trước đây như là những giới hạn về công suất, giá cả và thiết kế của nó Công nghệ GDI giúp cải thiện 10-30% hiệu suất tiêu hao nhiên liệu so với những động cơ phun xăng truyền thống

Ở chế độ công suất cực đại: Khi động cơ GDI hoạt động ở chế độ tải lớn, toàn tải, tốc độ cao thì nhiên liệu được phun vào xylanh động cơ trong suốt kỳ nạp, sự cháy hoàn hảo hơn, nhiên liệu được cháy sạch, cháy kiệt, động cơ làm việc êm dịu, không

có tiếng gõ

Hình 1-5: Sơ đồ động cơ phun xăng trực tiếp

Động cơ phun xăng trực tiếp GDI gồm 4 xylanh đặt thẳng hàng, thứ tự kì nổ 1-3- 4-2

Là động cơ đánh lửa trực tiếp (4 bô bin), IC đặt trong bộ bô bin

Hệ thống điều khiển xú páp thông minh VVT-i

Hệ thống điều khiển bướm ga thông minh

Hệ thống luân hồi khí thải

 Hệ thống nhiên liệu

Hình 1-6: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

Để kim phun có thể phun vào buồng đốt vào kỳ nén thì áp suất nhiên liệu phải từ 4.0 MPa – 13.0 MPa Các kim phun được bố trí chung hệ thống common rail, hệ thống này phải đảm bảo được việc tạo áp suất như yêu cầu vừa nêu và ổn định trong lúc kim hoạt động (vì trong quá trình phun có thể làm sụt áp suất trên đường ống sẽ ảnh hưởng đến chất lượng quá trình phun nhiên liệu)

Đối với dòng nhiên liệu được phun vào buồng đốt nếu áp suất thấp nhiên liệu sẽ bốc hơi và hoà trộn không tốt, tuy nhiên nếu phun với áp suất quá cao dòng nhiên nhiêu sẽ xuyên qua khối khí có thể va chạm vào thành của buồng đốt cũng không tốt cho việc bốc hơi

Các bộ phận chính của hệ thống GDI bao gồm: thùng nhiên liệu, bơm thấp áp, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, ống phân phối, cảm biến áp suất cao, vòi phun, van điều

áp

Hình 1-7: Hệ thống nhiên liệu động cơ GDI

Nguyên lý: nhiên liệu được bơm từ bình chứa qua lọc đến bơm cao áp với áp suất khoảng 0,35 MPa Bơm cao áp được dẫn động từ động cơ sẽ đưa nhiên liệu đến ống phân phối với áp suất 4-13 MPa Áp suất này được xác định bởi cảm biến áp suất

và có thể được điều chỉnh bằng các dữ liệu ứng dụng dựa trên chế độ làm việc của động cơ Việc giữ cho áp suất trong ống phân phối được cố định là vô cùng quan trọng

vì nó ảnh hưởng đến công suất động cơ, lượng khí phát thải và tiếng ồn Do đó có một van điều áp để ổn định áp suất trong ống phân phối Van này sẽ cho một lượng nhiên liệu vừa đủ quay lại bình chứa.Bộ phận quan trọng nhất của hệ thống GDI chính là kim phun, được gắn trên giữa ống phân phối và buồng cháy và được điều khiển đóng

mở bởi ECU

 Hệ thống điều khiển điện tử:

Gồm bộ xử lý trung tâm ECU, bộ khuếch đại điện áp để mở kim phun EDU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành ECU thu thập các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau để nhận biết tình trạng hoạt động của động cơ, sau đó tính toán lượng phun, thời điểm phun nhiên liệu và gửi tín hiệu điều khiển phun đến EDU để EDU điều khiển mở kim phun Ngoài ra hệ thống điều khiển điện tử còn tính toán và điều khiển

áp suất nhiên liệu và tuần hoàn khí xả

Điều khiển phun nhiên liệu: ECU tính toán thời điểm và lượng phun nhiên liệu

ra tối ưu cho từng chế độ làm việc cụ thể của động cơ dựa vào tín hiệu từ cảm biến gửi

về và gửi tín hiệu yêu cầu phun nhiên liệu đến EDU EDU có nhiệm vụ khuếch đại

điện áp từ 12V-85V cấp đến kim phun để mở kim sau đó nhiên liệu có áp suất cao

đang chờ sẵn trong ống phân phối sẽ phun vào buồng đốt khi kim mở và dứt phun khi

EDU ngừng cấp điện cho kim phun Thời điểm bắt đầu phun được quyết định bởi thời

điểm ECU phát tín hiệu phun, lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi độ dài

thời gian phát tín hiệu phun của ECU Tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng sớm thời

điểm phun càng sớm và ngược lại, tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng dài lượng nhiên

liệu phun ra càng nhiều và ngược lại

Hình 1-8: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển động cơ GDI

1.3 Động cơ Toyota 3S-FSE

1.3.1 Thông số kỹ thuật động cơ Toyota 3S-FSE

Bảng 1-1: Thông số kỹ thuật động cơ Toyota 3S-FSE

1.3.2 Các cảm biến

- Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính với hai tín hiệu VTA và VTA2

- Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại tuyến tính với hai tín hiệu VPA và VPA2

- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

- Cảm biến nhiệt độ không khí nạp

- Cảm biến Oxy có dây nung HT

- Cảm biến áp lực nhớt báo về tableau

- Cảm biến áp suất ống phân phối: PR

- Cảm biến áp suất trên đường ống nạp: PIM

- Van thay đổi tiết diện đường ống nạp: SCV+, SCV-

- Van VVT-i : OCV+, OCV-

- Van tuần hoàn khí xả: EGR1, EGR2, EGR3, EGR4

- 04 kim phun trên động cơ

- Kim phun khởi động lạnh: STJ

- Quạt làm mát động cơ

- Bơm xăng

- Hệ thống đánh lửa

- EDU

1.4 Sơ đồ mạch điện và bảng chân ECU:

1.4.1 Sơ đồ mạch điện.