thi công mạch điều khiển, thu thập, hiển thị dữ liệu lên LCD hoạc LED và cổng kết nối máy tính trên mô hình hệ thống nhiên liệu DIESEL COMMON RAIL

Sản phẩm của đề tài - Mô hình Hệ thống nhiên liệu Common Rail TOYOTA HILUX 2KD-FTV - 1 mạch thu thập tín hiệu động cơ... HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do – Hạnh phúc

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Họ tên sinh viên: 1 TRẦN TIẾN ĐẠT MSSV: 13145069

2 ĐOÀN TRI PHƯƠNG MSSV: 13145198

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

Hệ đào tạo: Đại học Chính quy

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cấu tạo của hệ thống nhiên liệu, cũng như cấu tạo

và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển điện tử

- Thi công mạch điều khiển động cơ

- Thiết kế, thi công và lập trình cho mạch điều khiển thu thập tín hiệu động cơ

- Thiết kế và thi công bảng mạch LED hiển thị các thông số cần thu thập của động cơ

- Thiết kế, thi công kết nối truyền dữ liệu từ động cơ về máy tính và hiển thị các thông

số thông qua phần mềm LabVEIW

3 Sản phẩm của đề tài

- Mô hình Hệ thống nhiên liệu Common Rail TOYOTA HILUX 2KD-FTV

- 1 mạch thu thập tín hiệu động cơ

- 1 bảng LED hiển thị dữ liệu động cơ

- Cổng kết nối máy tính USB 2.0

- 1 tập thuyết minh

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 27/3/2017

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/7/2017

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Th.S Nguyễn Kim

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn động cơ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên: TRẦN TIẾN ĐẠT MSSV:13145069 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: ĐOÀN TRI PHƯƠNG MSSV:13145198 Hội đồng:…………

Tên đề tài:

THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN, THU THẬP, HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN LCD HOẶC LED VÀ CỔNG KẾT NỐI MÁY TÍNH TRÊN MÔ HÌNH HỆ THỐNG

NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON RAIL

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:

(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):

(Ký, ghi rõ họ tên)

tối đa

Điểm đạt được

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

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

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn động cơ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: TRẦN TIẾN ĐẠT MSSV: 13145069 Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên: ĐOÀN TRI PHƯƠNG MSSV: 13145198 Hội đồng…………

Tên đề tài:

THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN, THU THẬP, HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN LCD HOẶC LED VÀ CỔNG KẾT NỐI MÁY TÍNH TRÊN MÔ HÌNH HỆ THỐNG

NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON RAIL

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Họ và tên GV phản biện: (Mã GV): GV Nguyễn Tấn Lộc

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: 7 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2017 Giảng viên phản biện

(Ký, ghi rõ họ tên)

tối đa

Điểm đạt được

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

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

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON RAIL

Họ và tên Sinh viên: TRẦN TIẾN ĐẠT MSSV: 13145069

ĐOÀN TRI PHƯƠNG MSSV: 13145198 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

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

Chủ tịch Hội đồng: _

Giảng viên hướng dẫn: _ _

Giảng viên phản biện: _

PHẦN MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn Th.S Nguyễn Kim, Th.S Lê

Khánh Tân đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu, nêu ra những phương pháp cụ thể,

truyền đạt những kinh nghiệp thực tế và động viên chúng em trong suốt quá trình thực hiện

đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy phản biện đã nhận xét thật cụ thể

và đóng góp những ý kiến quý báu giúp chúng em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp Nhóm đãnhận được sự giúp đỡ hỗ trợ nhiệt tình từ các giảng viên trong khoa và đặc biệt là nhờ sự cốvấn, định hướng, giải đáp vấn đề khó của đề tài từ Thầy hướng dẫn Từ sự giúp đỡ đó đã tạođiều kiện cho chúng em thực hiện thành công đề tài

Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy trong khoa Cơ Khí Động LựcTrường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và đặt biệt là quý Thầy trong Bộ môn động cơ

đã tận tình chỉ dẫn, trực tiếp giúp đỡ cũng như tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng emhoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp

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

Nhóm sinh viên thực hiện:

Trần Tiến ĐạtĐoàn Tri Phương

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Phương pháp nghiên cứu 3

1.4 Kế hoạch nghiên cứu 3

1.4.1 Giai đoạn 1 : Nghiên cứu tài liệu : 3

1.4.2 Giai đoạn 2 : Tiến hành thiết kế, chế tạo phần cứng và lập trình phần mềm cho mô hình 4

1.4.3 Giai đoạn 3: Tiến hành thử nghiệm thu thập dữ liệu và viết thuyết minh 4

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU 5

2.1 Sơ lược lịch sử hệ thống Common Rail 5

2.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV 5

2.3 Ưu điểm hệ thống Common Rail 6

2.4 Cấu tạo hệ thống Common Rail 7

2.5 Nguyên lý hoạt động 8

2.6 Thông số kỹ thuật động cơ 2KD-FTV 9

2.7 Hình ảnh mô hình thực tế 10

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 11

3.1 Các cảm biến 11

3.1.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu (Tốc độ Ne) 11

3.1.2 Cảm biến vị trí trục cam 13

3.1.3 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 15

3.1.4 Cảm biến áp suất nhiên liệu 17

3.1.5 Cảm biến áp suất đường ống nạp 20

3.1.6 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 21

3.1.7 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 24

3.1.8 Cảm biến vị trí van EGR 26

3.1.9 Bộ đo gió dây nhiệt 27

3.1.10 Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp 29

3.2 Các cơ cấu chấp hành 31

3.2.1 Bướm ga diesel 31

3.2.2 EDU 33

3.2.3 Van EGR 36

3.2.4 Van EGR cut 37

3.2.5 Bugi xông 38

3.2.6 Kim phun 40

3.2.7 Van SCV 43

3.2.8 Van xả áp 47

3.2.9 Bộ giới hạn áp suất 48

3.2.10 Van xả áp 49

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ LẬP TRÌNH BOARD MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU 52

4.1 Khái quát mô hình cần thu thập dữ liệu 52

4.2 Các tín hiệu cần thu thập : 54

4.2.1 Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát : THW 54

4.2.2 Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp : THA 55

4.2.3 Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nhiên liệu : THF 56

4.2.4 Tín hiệu áp suất trong ống phân phối : PCR 57

4.2.5 Tín hiệu điều khiển kim phun ở máy số 4 : #4 57

4.3 Phương pháp thực hiện 58

4.4 Nguyên lý thực hiện 58

4.5 Khối mạch điều khiển thu nhận tín hiệu phần cứng : 59

4.5.1 Mạch Arduino UNO SMD R3 59

4.5.2 Mạch Arduino NANO: 59

4.5.3 Nguyên nhân lựa chọn: 59

4.6 Chương trình dưới Vi điều khiển : 60

4.6.1 Đối với KIT Arduino UNO R3 60

4.6.2 Đối với KIT Arduino NANO 60

4.7 Lưu đồ , thuật toán 61

4.7.1 Lưu đồ đọc cảm biến từ các chân Analog 61

4.7.2 Lưu đồ đọc tín hiệu đọc xung từ chân #4 61

4.7.3 Lưu đồ tín hiệu giao tiếp với máy tính: 61

4.7.4 Chương trình trong Vi điều khiển: 62

4.8 Thiết kế phần cứng 63

4.8.1 Arduino UNO SMD R3 63

4.8.2 Arduino NANO 65

4.8.3 Mạch tổng hợp 2 Arduino: 65

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MẠCH HIỂN THỊ 67

5.1 Nguyên lý: 67

5.1.1 LED 7 đoạn Anode chung 67

5.1.2 IC 74HC595 68

5.2 Cụm 2 LED 70

5.3 Cụm 3 LED 70

5.4 Cụm 4 LED 71

5.5 Bảng LED hiển thị khi thiết kế : 71

CHƯƠNG 6 LẬP TRÌNH VỚI ARDUINO 72

6.1 Arduino là gì ? 72

6.2 Tổng quan về mạch Arduino đã sử dụng : 72

6.2.1 Phần cứng của Arduino UNO SMD R3 và Arduino NANO 72

6.2.2 Cấu tạo Arduino UNO SMD R3 73

6.2.3 Cấu tạo Arduino NANO 73

6.2.4 Các thông số chính của Arduino UNO SMD R3và Arduino NANO 73

6.3 Phần mềm Arduino IDE 75

6.3.1 Ngôn ngữ lập trình trên Arduino 76

6.3.2 Giá trị : 78

6.4 Chương trình dưới Arduino 80

6.4.1 Arduino UNO SMD R3 80

6.4.2 Giải thích code 85

6.4.3 Chương trình dưới Arduino NANO 87

6.4.4 Giải thích chương trình dưới Arduino NANO 91

CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH BẰNG PHẦN MỀM LABVEIW 93

7.1 Giới thiệu phần mềm LabVEIW 93

7.1.1 LabVEIW là gì? 93

7.1.2 Ứng dụng của phần mềm LabVEIW 94

7.2 Những khái niệm cơ bản của LabVeiw 96

7.2.1 VI (Vitual Instrument) - Thiết bị ảo 96

7.2.2 Các thành phần chính của LabVEIW 96

7.2.3 Các kỹ thuật lập trình trên LabVEIW 98

7.3 Lập trình kết nối và hiển thị trên LabVeiw 108

7.3.1 Xây dựng chương trình và giao diện trên phần mêm LabVEIW 108

7.3.2 Xây dựng biểu đồ khối trên phần mềm LabVEIW 108

7.3.3 Xây dựng giao diện người sử dụng trên phần mềm LabVEIW: 110

7.3.4 Giao diện sơ đồ khối của chương trình 111

CHƯƠNG 8 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 112

8.1 Hoạt động ở tốc độ cầm chừng , nhiệt độ nước làm mát động cơ ở nhiệt độ thường: 112

8.1.1 Tín hiệu thu thập trên Labveiw 112

8.1.2 Tín hiệu thu thập với phần mềm Techstream : 113

8.1.3 Tín hiệu xuất ra bảng LED 113

8.2 Hoạt động ở tốc độ tối đa, nhiệt độ nước làm mát động cơ ở nhiệt độ thường 114

8.2.1 Tín hiệu thu thập trên Labveiw 114

8.2.2 Tín hiệu thu thập với phần mềm Techstream : 115

8.2.3 Tín hiệu xuất ra bảng LED 115

CHƯƠNG 9 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 116

9.1 Kết quả đạt được 116

9.2 Kết luận 116

9.3 Hướng phát triển của đề tài 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Động cơ 2KD-FTV 6

Hình 2.2 Cấu tạo của hệ thống Common Rail 7

Hình 2.3 Mô hình hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail 10

Hình 3.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu 11

Hình 3.2 Cấu tạo chi tiết của trục khuỷu 11

Hình 3.3 Cảm biến vị trí trục cam 13

Hình 3.4 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 15

Hình 3.5 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 15

Hình 3.6 Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 16

Hình 3.7 Cảm biến áp suất nhiên liệu 17

Hình 3.8 Cấu tạo cảm biến áp suất nhiên liệu 17

Hình 3.9 Cảm biến áp suất nhiên liệu và đường đặc tuyến 19

Hình 3.10 Cảm biến áp suất đường ống nạp 20

Hình 3.11 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 22

Hình 3.12 Cấu tạo cảm biến vị trí bàn đạp ga 22

Hình 3.13 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 24

Hình 3.14 : Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 24

Hình 3.15: Cảm biến vị trí van EGR 26

Hình 3.16 : Bộ đo gió dây nhiệt 27

Hình 3.17 Mạch điện và cấu tạo bộ đo gió 28

Hình 3.18 Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp 29

Hình 3.19 Bướm ga diesel 31

Hình 3.20 Mạch điện của bướm ga 32

Hình 3.21 EDU 33

Hình 3.22 Cấu tạo EDU 33

Hình 3.23 Mạch cấp nguồn cho EDU 35

Hình 3.24 Van EGR 36

Hình 3.25 Van EGR cut 37

Hình 3.26 Sơ đồ giắc công tắc cắt EGR 38

Hình 3.27 Bugi xông 38

Hình 3.28 Cấu tạo bugi xông 39

Hình 3.29 Mạch điều khiển bugi xông 39

Hình 3.30 Kim phun 40

Hình 3.31 Cấu tạo kim phun 41

Hình 3.32 Chưa có tín hiệu phun 41

Hình 3.33 Khi có tín hiệu điều khiển phun 42

Hình 3.34 Khi dứt phun 43

Hình 3.35 Van điều khiển hút SCV 43

Hình 3.36 Mạch điện của van SCV 44

Hình 3.37 Cấu tạo van SCV 44

Hình 3.38 Trạng thái đóng và mở của van SCV 45

Hình 3.39 Hoạt động của van SCV khi van mở lớn 45

Hình 3.40 Hoạt động của van SCV khi van mở nhỏ 46

Hình 3.41 Ống phân phối 47

Hình 3.42 Hai trạng thái hoạt động của van xả áp 48

Hình 3.43 Hoạt động của bộ giới hạn áp suất 48

Hình 3.44 Van xả áp 49

Hình 3.45 Mạch điện van xả áp 49

Hình 3.46 Van xả áp khi không hoạt động 50

Hình 3.47 Van xả áp khi hoạt động 50

Hình 3.48 Sơ đồ chân van xả áp 51

Hình 4.1 Hình dạng xung tín hiệu kim phun 57

Hình 4.2 Arduino UNO SMD R3 59

Hình 4.3 Arduino NANO 59

Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động của Arduino UNO SMD 64

Hình 4.5 Mạch nguyên lý hoạt động của Arduino NANO 65

Hình 4.6 Mạch nguyên lý hoạt động kết hợp của Arduino UNO SMD R3 và Arduino

NANO 65

Hình 4.7 Mạch thực tế kết hợp của Arduino UNO SMD R3 và Arduino NANO 66

Hình 5.1 LED 7 đoạn 67

Hình 5.2 IC 74HC595 68

Hình 5.3 Cụm hiển thị 2 LED 7 đoạn 70

Hình 5.4 Cụm hiển thị 3 LED 7 đoạn 70

Hình 5.5 Cụm hiển thị 4 LED 7 đoạn 71

Hình 5.6 Bảng Led hiển thị 71

Hình 6.1 Cấu tạo Arduino UNO SMD R3 73

Hình 6.2 Cấu tạo Arduino NANO 73

Hình 6.3 Giao diện phần mềm Arduino IDE 75

Hình 6.4 LED 7 đoạn 86

Hình 7.1 Thu thập dữ liệu tại cơ quan hàng không và vũ trụ- NASA 95

Hình 7.2 Thu thập dữ liệu từ cảm biến đo gió trong ô tô và thí nghiệm thuật toán chuyển đổi cảm biến 95

Hình 7.3 Giao diện LabVEIW 96

Hình 7.4 Sơ đồ khối của Labveiw 97

Hình 7.5 Tool panel 98

Hình 7.6 Bảng điều khiển – Controls palatte 99

Hình 7.7 Các Numeric Control/ Indicator 100

Hình 7.8 Các dạng đồ thị, biểu đồ hiển thị 100

Hình 7.9 Các đồ thị 3D 101

Hình 7.10 Hàm cấu trúc – Structures 102

Hình 7.11 Vòng lặp While loop trong BD 103

Hình 7.12 Mảng-Array 103

Hình 7.13 Hàm chuỗi- String function 104

Hình 7.14 Hàm Numberic Functions 106

Hình 7.15 Hàm thời gian – Time function 107

Hình 7.16 Giao diện người sử dụng trên phần mềm LabVEIW 110

Hình 7.17 Giao diện sơ đồ khối của chương trình 111

Hình 8.1 Tín hiệu thu thập trên Labveiw ở tốc độ cầm chừng 112

Hình 8.2 Tín hiệu thu thập với phần mềm Techstream ở tốc độ cầm chừng 113

Hình 8.3 Tín hiệu xuất ra bảng LED ở tốc độ cầm chừng 113

Hình 8.4 Tín hiệu thu thập trên Labveiw ở tốc độ tối đa 114

Hình 8.5 Tín hiệu thu thập với phần mềm Techstream ở tốc độ tối đa 115

Hình 8.6 Tín hiệu xuất ra bảng LED ở tốc độ tối đa 115

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Common Rail 9

Sơ đồ 3.1 Mạch điện của cảm biến vị trí trục khuỷu 12

Sơ đồ 3.2 Tín hiệu NE và G 13

Sơ đồ 3.3 Sơ đồ mạch điện và tín hiệu G ( cảm biến vị trí trục cam) 14

Sơ đồ 3.4 Sơ đồ mạch điện của cảm biến áp suất nhiên liệu 18

Sơ đồ 3.5 Mạch điện và đường đặc tính áp suất đường ống nạp 21

Sơ đồ 3.6 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga 23

Sơ đồ 3.7 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 25

Sơ đồ 3.8 Sơ đồ mạch điện van EGR 27

Sơ đồ 3.9 Sơ đồ chân EDU 34

Sơ đồ 4.1 Hình dạng xung tín hiệu cảm biến vị trí trục cam ( G) 52

Sơ đồ 4.2 Hình dạng xung tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu ( Ne) 53

Sơ đồ 4.3 Hình dạng xung tín đều khiển kim phun ở máy số 4 ( #4) 53

Sơ đồ 4.4 Phương thức xử lí các tín hiệu Analog 61

Sơ đồ 4.5 Phương thức xử lí các tín hiệu Digital 61

Sơ đồ 4.6 Phương thức Arduino truyền dữ liệu thu thập từ động cơ lên máy tính 62

Sơ đồ 4.7 Chương trình vòng điều khiển 63

Sơ đồ 7.1 Lưu đồ thuật toán truyền nhận tín hiệu giữa LabVEIW và thiết bị ngoại vi 108

Sơ đồ 7.2 Sơ đồ các biểu tượng xây dựng trong biểu đồ khối 109

Sơ đồ 7.3 Biểu tượng vòng lặp While và lưu đồ thuật toán 109

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động cơ 2KD-FTV 10

Bảng 3.1 Thông số tiêu chuẩn của cảm biến NE 13

Bảng 3.2 Thông số kiểm tra của cảm biến vị trí trục cam 14

Bảng 3.3 Thông số kiểm tra của cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 17

Bảng 3.4 Thông số kiểm tra điện trở cảm biến áp suất ống phân phối 19

Bảng 3.5 Thông số kiểm tra cảm biến áp suất đường ống nạp 21

Bảng 3.6 Thông số kiểm tra cảm biến bàn đạp ga 23

Bảng 3.7 Giá trị nhiệt độ nước làm mát ứng với điện áp và điện trở tương ứng 26

Bảng 3.8 Điều kiện kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng 30

Bảng 3.9 Bảng ký hiệu tên và chức năng các chân của EDU 34

Bảng 3.10 Bảng thông số kiểm tra điện trở van SCV 47

Bảng 3.11 Bảng giá trị kiểm tra điện trở của van xả áp 51

Bảng 4.1 Giá trị nhiệt độ nước làm mát ứng với điện áp và điện trở tương ứng 54

Bảng 4.2 Giá trị nhiệt độ khí nạp ứng với điện áp và điện trở tương ứng 55

Bảng 4.3 Giá trị nhiệt độ nhiên liệu ứng với điện áp và điện trở tương ứng 56

Bảng 6.1 Các thông số chính của Arduino UNO R3 SMD và Arduino NANO 74

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Đồ thị 3.1 Đường đặc tuyến cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 16

Đồ thị 3.2 Đường đặc tuyến cảm biến nhiệt độ nước làm mát 25

Đồ thị 3.3 Đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp 30

Đồ thị 4.1 Đồ thị liên hệ nhiệt độ nước làm mát và điện áp 55

Đồ thị 4.2 Đồ thị liên hệ giữa nhiệt độ khí nạp và điện áp 56

Đồ thị 4.3 Mối liên hệ nhiệt độ nhiên liệu với điện áp 57

Đồ thị 4.4 Đồ thị mối liên hệ áp suất ống phân phối với điện áp 57

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Diễn giải

ECU Bộ điều khiển động cơ

USB Chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máy tính

(Universal Serial Bus)

LabVEIW Phần mềm máy tính (Laboratory Virtual Instrumentation

Engineering Workbench)

ADC Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ( Analog Digital

Converter)

THW Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát

THA Tín hiệu nhiệt độ khí nạp

VLU Tín hiệu góc mở bướm ga

PCR1 Tín hiệu áp suất ống phân phối chính

SCV Tín hiệu van điều khiển

PCV+ Nguồn dương cấp cho van SCV

NE+ Tín hiệu số vòng quay động cơ

VC Nguồn dương 5V

E1 Mass thân xe

EP1 Nối mass cảm biến vị trí bàn đạp ga

PCV - Nguồn âm SCV

TACH Tốc độ động cơ

rpm Số vòng quay động cơ

E01 Mass kim phun

E02 Mass kim phun

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

CG Mát thân xe( chân trên giắc OBD)

SG Mát cảm biến( chân trên giắc OBD)

THF Tín hiệu nhiệt độ nhiên liệu

THIA Tín hiệu nhiệt độ khí nạp sau tăng áp

CA Crankshaft angle( góc quay trục khuỷu)

E2 Mass cảm biến

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài

Ngành công nghệ kỹ thuật ô tô là một ngành phát triển nhanh chóng trên thế giới Sựtiến bộ trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã góp phần tạo ra những chiếc xe ô tôhiện đại với đầy đủ tiện nghi, tính an toàn cao, và đáp ứng được các yêu cầu về tiêu chuẩnmôi trường Trong xu thế phát triển ấy, nhiều hệ thống và trang thiết bị trên ô tô ngày nayđược điều khiển bằng điện tử, đặc biệt là các hệ thống an toàn như hệ thống phanh, hệ thốngđiều khiển ổn định ô tô… Ngoài ra , để đảm bảo đạt tiêu chuẩn về ô nhiễm môi trường, vềtính năng hoạt động, các cải tiến liên quan đến động cơ bằng điện tử cho cả động cơ xăng vàđộng cơ diesel đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới Một trong những hệ thống rấtmới liên quan đến điều khiển động cơ đó là Hệ thống nhiên liệu Common Rail Đây là hệthống tương đối mới với thị trường Việt Nam, tài liệu phục vụ cho học tập còn hạn chế, gây

ra một số trở ngại cho việc nắm bắt kịp thời các công nghệ mới của thế giới

Vì thế, đề tài: “ Thi công mạch điều khiển, thu thập, hiển thị dữ liệu lên LCD hoặc LED vàcổng kết nối máy tính trên mô hình Hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail” được thựchiện nhằm phần nào bổ sung thêm nguồn tài liệu tham khảo, giúp sinh viên thấy được bứctranh 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 hệthống mới này

1.2 Mục tiêu của đề tài

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

- Củng cố kiến thức về Hệ thống nhiên liệu Common Rail diesel

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

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

- Thiết kế, thi công mạch đèn LED 7 đoạn dùng để hiển thị các thông số động cơ

- Thiết kế giao diện hiển thị và kết nối mô hình với máy tính thông qua phần mềmLabVEIW

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành để tài, chúng em đã kết hợp nhiều phương pháp Trong đó nổi bật là phươngpháp tham khảo tài liệu từ các mô hình liên quan có trước cùng với đó là các nguồn tài liệunước 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 trongxưởng động cơ, và các bạn cùng làm chung trong kì làm đồ án để hình thành ý tưởng thiết kếkhung 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 bịmáy móc chẩn đoán có trong xưởng để so sánh, kiểm tra kết quả thực hiện

 Tham khảo tài liệu

 Thi công mô hình điều khiển động cơ

 Thiết kế, thi công, thu thập tín hiệu động cơ 2KD-FTV

 Thiết kế khung LED và mạch LED

 Kết nối truyền dữ liệu từ động cơ về máy tính và hiển thị các thông số thông qua phầnmềm LabVEIW

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

 Viết báo cáo

1.4 Kế hoạch nghiên cứu

1.4.1 Giai đoạn 1 : Nghiên cứu tài liệu :

- Sơ đồ mạch điện động cơ Common Rail TOYOTA HILUX 2KD-FTV

- 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 LabVEIW.

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

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

mô hình.

- Phần mạch thu thập dữ liệu được thiết kế đựa vào bộ xử lí chính là mạch Arduino, sửdụng 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 LabVEIW

1.4.3 Giai đoạn 3: Tiến hành thử nghiệm thu thập dữ liệu và viết thuyết minh.

- Tiến hành thử nghiệm thu thập dữ liệu

- Tiến hành viết báo cáo bằng Word

- Tiến hành làm Powerpoint để trình chiếu

- Làm video thuyết minh đề tài

- Hoàn thành đề tài

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU 2.1 Sơ lược lịch sử hệ thống Common Rail

Hệ thống Common Rail đầu tiên được phát minh bởi Robert Huber, ngườiSwitzerland vào cuối những năm 60 Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser củaviện nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sĩ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triển Đến giữanhững năm 90 tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki, của tập đoàn Denso- một nhà sảnxuất phụ tùng ô tô lớn của Nhật Bản đã phát triển và ứng dụng trên các xe tải nặng hiệuHino, và bán rộng rãi thị trường vào năm 1995, sau đó ứng dụng rộng rãi trên các xe du lịch

Hiện nay , hầu như tất cả các hãng ô tô đã sử dụng phổ biến hệ thống này trên xe của

họ, cũng như sử dụng trên các động cơ xe cơ giới, tàu thủy…với nhiều tên gọi khác nhaunhư: Toyota với tên D-4D, Mercedes với tên CDI, Hyundai với tên CRDi, Peugoet với tênHDI…

Hãng Toyota cũng sử dụng rộng rãi hệ thống này cho các dòng xe từ xe du lịch 4 chỗ,

7 chỗ, 10 chỗ, 12 chỗ… với tên gọi D-4D( Direct Injection-4 stroke Diesel engine) vàToyota Việt nam cũng bắt đầu lắp ráp và tung ra thị trường xe có sử dụng hệ thống CommonRail này từ năm 2005, trên xe Hiace Đến năm 2009 có thêm 2 dòng xe nữa của Toyota ViệtNam có sử dụng hệ thống này là xe FORTUNER grade G và xe bán tải Hilux

Trước sự phát triển đó hệ thống nhiên liệu, loại trừ các cơ cấu điều khiển cơ cấu cơkhí mà thay vào đó hệ thống điều khiển điện tử thuộc thế hệ mới góp phần cải tiến, điện tửhóa các cơ cấu, nâng cao tính kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường và đơn giản hóa trong quátrình điều khiển

2.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV

Động cơ 2KD-FTV của hãng Toyota là loại động cơ 4 kỳ 4 xy lanh được đặt thẳnghàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2 Động cơ có công suất lớn 75kW/3600v/p, hệ thốngphối khí của các xupap được dẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua con đội thủy lực, sửdụng con đội thủy lực và cách bố trí 4 xupap trên một xy lanh tạo được chất lượng nạp và

thải ( nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hạigây ô nhiêm môi trường Với hệ thống phun nhiên liệu diesel bằng hệ thống tích lũy nhiênliệu và điều khiển bằng ECU và hệ thống tuần hoàn khí xả tạo cho động cơ luôn làm việc ởchế độ an toàn và hiệu quả.

Động cơ 2KD-FTV sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail của Denso, ápsuất phun tối đa khoảng 1800bar, đây là hệ thống được điều khiển hoàn toàn bằng điện, vớicác chức năng:

- Điều khiển áp suất nhiên liệu

- Điều khiển lượng phun

- Điều khiển thời điểm phun

Hình 2.1 Động cơ 2KD-FTV

2.3 Ưu điểm hệ thống Common Rail

Với hệ thống được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử các chức năng như: áp suất phun, thời điểm phun, số lần phun trong 1 chu kỳ động cơ sẽ cải tiến rất nhiều đến kinh tế nhiên liệu, đến chất lượng khí thải và đặc biệt hơn cả là tính êm diệu của động cơ nhờ vào sựđiều khiển số lần phun trong một chu kỳ động cơ làm cho quá trình cháy diễn ra êm dịu

Hệ thống Common Rail không những giảm độ độc hại của khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ mà còn làm tăng tính an toàn, sự thoải mái và tiện nghi Ví dụ hệ thống luân hồi khí thải(EGR-exhaust gas recircalation), điều khiển turbo tăng áp, điều khiển ga tự động…

2.4 Cấu tạo hệ thống Common Rail

Hệ thống Common Rail có cấu tạo gồm 2 phần:

Hệ thống cung cấp nhiên liệu: gồm thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, ốngphân phối, kim phun, các đường ống cao áp Hệ thống cung cấp nhiên liệu có công dụng hútnhiên liệu từ thùng chứa sau đó nén nhiên liệu lên áp suất cao và chờ tín hiệu điều khiển từECU sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt

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 từnhiều cảm biến khác nhau để nhận biết tình trạng hoạt động của động cơ, sau đó tính toánlượng phun, thời điểm phun nhiên liệu và gửi tín hiệu điều khiển phun đến EDU để EDUđiều 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

Hình 2.2 Cấu tạo của hệ thống Common Rail

2.5 Nguyên lý hoạt động

Vùng nhiên liệu áp suất thấp: Bơm tiếp vận ( nằm trong bơm cao áp) hút nhiên liệu từthùng chứa qua lọc nhiên liệu để lọc sạch cặn bẩn và tách nước và đưa đến van điều khiểnhút SCV lắp trên bơm cao áp

Vùng nhiên liệu áp suất cao: nhiên liệu từ van điều khiển hút SCV được đưa vàobuồng bơm, tại đây nhiên liệu sẽ được bơm cao áp nén lên áp suất cao và thoát ra đường ốngdẫn cao áp đi đến ống phân phối và từ ống phân phối đi đến các kim phun chờ sẵn Áp suấtnhiên liệu sẽ được quyết định bởi tính toán của ECU tùy theo chế độ làm việc của động cơthông qua các tín hiệu cảm biến gửi về ECU sẽ điều khiển mức độ đóng mở của van SCV

để điều khiển áp suất hệ thống

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 85V cấp đến kim phun để mở kim sau đó nhiên liệu có áp suất cao đang chờ sẵn trong ốngphân phối sẽ phun vào buồng đốt khi kim mở và dứt phun khi EDU ngừng cấp điện cho kimphun Thời điểm bắt đầu phun được quyết định bởi thời điểm ECU phát tín hiệu phun, lượngnhiên liệu phun ra được quyết định bởi độ dài thời gian phát tín hiệu phun của ECU Tínhiệu yêu cầu phun phát ra càng sớm thời điểm phun càng sớm và ngược lại, tín hiệu yêu cầuphun phát ra càng dài lượng nhiên liệu phun ra càng nhiều và ngược lại

12V-Sơ đồ 2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Common Rail

Kết luận:

Hệ thống Common Rail Diesel ra đời góp phần cải thiện nhiều cho tính năng động cơ và tínhkinh tế nhiên liệu mà lâu nay người sử dụng cũng như các nhà bảo vệ môi trường trong sạch hơn Nó tạo nên hướng nghiên cứu mới cho các ngành Cơ khí Động lực, Giao thông,… trong nước

2.6 Thông số kỹ thuật động cơ 2KD-FTV

Số xy lanh và cách bố trí 4 xy lanh thẳng hàng

Hệ thống phối khí 16 van, DOHC, dẫn động bằng đai và bánh răng

Hệ thống nhiên liệu Diesel Common rail

Dung tích làm việc 2492 cc

Đường kính* hành trình piston 92,00*93,80mm

Công suất cực đại 75kW/3600 v/p

Momen xoắn cực đại 260N.m/1600-2600v/p

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động cơ 2KD-FTV

2.7 Hình ảnh mô hình thực tế

Hình 2.3 Mô hình hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 3.1 Các cảm biến

3.1.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu (Tốc độ Ne)

Hình 3.4 Cảm biến vị trí trục khuỷu

3.1.1.1 Cấu tạo

Hình 3.5 Cấu tạo chi tiết của trục khuỷu

1 – Lõi sắt; 2 - Cuộn dây; 3 - Bộ tạo từ trường; 4 - Nam châm

Bánh răng bộ tạo xung với xung khoảng cách 10 độ, gồm 34 răng và 2 răng thiếu Cứ mỗi vòng quay của trục khuỷu (3600 CA) cảm biến tạo ra 34 xung (số răng cưa).

Sơ đồ 3.2 Mạch điện của cảm biến vị trí trục khuỷu

1-Mạch đầu vào G; 2-Mạch đầu vào NE;3- 34 xung mỗi 360 độ CA;4-180 độ CA; 5- Xung mỗi 720 độ CA

Sơ đồ 3.3 Tín hiệu NE và G

3.1.1.3 Thông số tiêu chuẩn của cảm biến NE

3.1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Khi puly trục dẫn động bơm quay, vấu trên đĩa tín hiệu và khe hở không khí trên cuộnnhận tín hiệu thay đổi làm cho từ trường chạy qua cuộn dây nhận tín hiệu thay đổi và sinh ra

một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu ECU động cơ nhận ra xylanh số 1 và thời điểm cuối nén.

Sơ đồ 3.4 Sơ đồ mạch điện và tín hiệu G ( cảm biến vị trí trục cam)

3.1.2.3 Thông số kiểm tra của cảm biến vị trí trục cam

Nóng: 50 độ C-100 độ C 2065 Ω -3225 Ω

Bảng 3.3 Thông số kiểm tra của cảm biến vị trí trục cam

3.1.3 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Hình 3.7 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

3.1.3.1 Cấu tạo

Hình 3.8 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

1-Nhiệt điện trở; 2- Thân cảm biến; 3- Giắc cắmĐộng cơ 2KD-FTV cảm biến được bố trí ở bơm cao áp Nó kiểm tra nhiệt độ nhiênliệu trong mạch áp suất thấp nhằm tránh sự quá nhiệt trong hệ thống nhiên liệu (90 độ C)Chuẩn làm việc của cảm biến là 39 độ C

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu là loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm, được lắp vàothân bơm cao áp để phát hiện nhiệt độ nhiên liệu và gửi tín hiệu này về ECU

3.1.3.2 Nguyên lý hoạt động

Khi khóa điện bật ON, ECU cấp điện áp 5v đến chân THF cảm biến, khi nhiệt độnhiên liệu tăng dẫn đến điện áp trên 2 đầu cảm biến giảm và ngược lại, ECU nhận biết sựthay đổi nhiệt độ của động cơ thông qua tín hiệu này

Hình 3.9 Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Đồ thị 3.1 Đường đặc tuyến cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.

3.1.3.3 Thông số kiểm tra của cảm biến nhiệt độ nhiên liệu