BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐƯỜNG ỐNG NẠP S K C 0 9 MÃ SỐ: SV26 - 2007 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HCM  ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐƢỜNG ỐNG NẠP MÃ SỐ: SV26 - 2007 THUỘC NHĨM NGÀNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI NGƢỜI THAM GIA ĐƠN VỊ : : : : : KHOA HỌC KỸ THUẬT KS PHAN NGUYỄN Q TÂM NGUYỄN SĨ PHƢỚC (04105089) LÊ HỒNG HIỆP (04105042) KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TP Hồ Chí Minh, 12 / 2007 MỤC LỤC Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I Mục đích đề tài: II Phƣơng pháp nghiên cứu: III Nội dung: III.1 Khái qt hệ thống thay đổi chiều dài đƣờng ống nạp ACIS III.1.1 Cấu trúc hệ thống ACIS III.1.2 Ngun lý hoạt động hệ thống ACIS: III.1.2.1 Hệ thống ACIS số động III.2 Khái qt hệ thống đƣờng ống nạp thay đổi T-VIS 1 1 2 14 III.3 Nhận xét III.4 Ý tƣởng thiết kế III.5 Thiết kế chế tạo mơ hình III.5.1 Cảm biến tốc độ động cơ: III.5.2 Cảm biến vị trí bƣớm ga loại tuyến tính: III.5.3 Led đoạn: III.5.4 Ngun lý mạch điều khiển: III.6 Hƣớng dẫn sử dụng mơ hình IV Kết đạt đƣợc IV.1 Tính khoa học IV.2 Khả triển khai ứng dụng vào thực tế: 18 19 20 20 20 22 23 30 30 31 31 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trường ĐHSPKT TPHCM Giáo viên hướng dẫn Hệ thống T-VIS ACIS Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ: I ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC: Khoa Học Cơng Nghệ Việt Nam bước phát triễn Tuy nhiên có tồn lớn Năm 2001, Khoa Học Cơng Nghệ Việt Nam đứng hàng thứ 94 giới xa sau Malaixia (thứ 71), Thái Lan (73), Philippin (80), sau khơng Xri Lanka (85), Nêpan (86), Burunđi (87), sau Irăc (90), Xiri (92) Đến thứ tự xếp hạng khơng thay đổi Chúng ta chưa có tiếng nói chung với thực trạng khoa học tầm vóc quốc tế với nước khu vực III NHỮNG VẤN ĐỀ CỊN TỒN TẠI: Hiện nước ta trường ĐH-CĐ giảng dạy tơ dừng lại việc nghiên cứu ngun lý hoạt động hệ thống ACIS T-VIS Nhưng giới chế tạo ứng dụng hệ thống loại xe từ lâu Học viên, sinh viên học hệ thống ACIS TVIS sở lý thuyết điều khiển hình ảnh mơ mà khơng có mơ hình thực tế Do học viên, sinh viên gặp khó khăn việc tiếp thu kiến thức, khơng có liên hệ lý thuyết thực tế Giáo viên gặp nhiều khó khăn cơng tác giảng dạy Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: I Mục đích đề tài: Nghiên cứu chế tạo mơ hình hoạt động hệ thống thay đổi chiều dài đường ống nạp nhằm phục vụ cho cơng tác giảng dạy thực tập động khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phơ Hồ Chí Minh trường THCN, dạy nghề tơ II Phương pháp nghiên cứu: - Tìm kiếm thơng tin - Nghiên cứu tài liệu - Đưa ý tưởng - Lập kế hoạch - Triển khai cơng việc - Chế tạo mơ hình III Nội dung: Cơng thức tính cơng suất có ích động cơ: Ne  A1.v.i.m.n.k /  (kW ) Trong đó: n - tốc độ động (vòng/phút ) m - hiệu suất giới ( m = 0.63  0.93 ) i - suất tiêu hao nhiên liệu thị v - hệ số nạp  - hệ số dư lượng khơng khí k - khối lượng riêng khơng khí phía trước bướm ga ( kg/m³ ) A1 - số Từ biểu thức ta nhận thấy phương pháp tăng cơng suất cho động tăng hệ số nạp v Do hệ thống thay đổi chiều dài đường ống nạp ACIS Hệ thống T-VIS ACIS (Acoustic Control Induction System ) hệ thống đường ống nạp thay đổi T-VIS (Toyota Variable Induction System ) nghiên cứu đời Hình : Đồ thị mơ men động III.1 Khái qt hệ thống thay đổi chiều dài đường ống nạp ACIS Hệ thống ACIS thay đổi chiều dài ống góp nạp động dựa thay đổi tốc độ động độ mở bướm ga Ở chế độ hoạt động động cơ, thể tích khí nạp tăng lên hiệu suất nạp, cơng suất động tăng lên III.1.1 Cấu trúc hệ thống ACIS: - Hình : Sơ đồ cấu trúc hệ thống ACIS Hệ thống ACIS bao gồm phận sau: ECU động Cảm biến tốc độ động Cảm biến vi trí bướm ga Van điều khiển khí nạp Hệ thống T-VIS ACIS - Bộ chấp hành (bầu chân khơng) Van điều khiển chân khơng (VSV) Bình chân khơng III.1.1.1 Van điều khiển khí nạp: Hình : Van điều khiển khí nạp Van điều khiển khí nạp bố trí bên buồng nạp, van mở đóng làm thay đổi chiều dài có ích đường ống nạp III.1.1.2 Bộ chấp hành Bộ chấp hành (bầu chân khơng) cấu khí sử dụng chân khơng để làm thay đổi trạng thái (đóng/ mở) van điều khiển khí nạp Hình : Bộ chấp hành III.1.1.3 Van điều khiển chân khơng (VSV): VSV dùng để điểu khiển độ chân khơng cung cấp đến chấp hành để xoay van điều khiển khơng khí nạp đóng mở vào tín hiệu điều khiển ECU động Hệ thống T-VIS ACIS Hình : Van chân khơng VSV III.1.1.4 Bình chân khơng: Hình : Bình chân khơng Bình chân khơng dùng để lưu trữ độ chân khơng định Chân khơng từ bình cung cấp tới chấp hành để xoay van điều khiển khơng khí nạp qua van VSV Bên bình có chứa van chiều ( Check Valve ) III.1.1.5 Cảm biến tốc độ động cơ: Cảm biến tốc độ động phát tín hiệu Ne gửi ECU để nhận biết tốc độ động Có loại cảm biến tốc độ động cơ: - Loại đặt bên chia điện - Loại cảm biến vị trí cam - Loại tách rời III.1.1.6 Cảm biến vị trí bướm ga: Cảm biến vị trí bướm ga lắp cổ họng gió Cảm biến chuyển hóa góc mở bướm ga thành điện áp gửi đến ECU tín hiệu góc mở bướm ga Có loại cảm biến vị trí bướm ga: Hệ thống T-VIS ACIS - Loại tiếp điểm - Hình : Cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm Loại tuyến tính Hình : Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính III.1.1.7 ECU động cơ: Hình : ECU động Hệ thống T-VIS ACIS ECU động nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến tốc độ động tính tốn đưa tín hiệu điện áp điều khiển van VSV III.1.2 Ngun lý hoạt động hệ thống ACIS: Các cảm biến vị trí bướm ga tốc độ động gửi tín hiệu ECU ECU nhận biết chế độ hoạt động động so sánh tín hiệu với tín hiệu chuẩn Từ ECU đưa tín hiệu điện áp điều khiển van VSV đóng/mở, điều khiển độ chân khơng tới chấp hành Bơ chấp hành điều khiển đóng/mở van điều khiển khí nạp làm thay đổi chiều dài đường ống nạp Chiều dài đường ống nạp thay đổi thích hợp với chế độ hoạt động động làm tăng hiệu nạp, cải thiện moment, cơng suất động Hình 10 : Sơ đồ mạch ngun lý III.1.2.1 Hệ thống ACIS số động cơ: III.1.2.1.1 Hệ thống ACIS động 3UZ-FE:  Khái qt: Hệ thống ACIS động 3UZ-FE sử dụng van điều khiển khí nạp để chia đường ống nạp thành đoạn mà cho phép thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp phù hợp với tốc độ động góc mở bướm ga Chiều dài đường ống nạp hệ thống ACIS thay đổi trạng thái Hệ thống T-VIS ACIS Hình 29 : Van VSV loại thường mở Hình 30 : Sơ đồ mạch điện hệ thống T-VIS III.3 Nhận xét III.3.1 Sự giống hệ thống ACIS T-VIS: - Đường ống nạp điều khiển thay đổi phù hợp với chế độ hoạt động động - Tăng cơng suất cho động - Sử dụng cấu điều khiển cấu chấp hành giống - Sử dụng tín hiệu tốc độ động để điều khiển III.3.2 Sự khác hệ thống ACIS T-VIS: - Hệ thống ACIS sử dụng tín hiệu tốc độ động góc mở bướm ga để điều khiển thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp - Hệ thống T-VIS sử dụng tín hiệu tốc độ động để điều khiển thay đổi tiết diện đường ống nạp III.4 Ý tưởng thiết kế: Chế tạo mơ hình hoạt động hệ thống ACIS động 1UZ- FE, 3UZ-FE T-VIS Sử dụng: + Đường ống nạp chế tạo van điều khiển khí ống góp nạp hệ thống ACIS + Bộ van điều khiển đường ống nạp hệ thống T-VIS + Cảm biến tốc độ động loại điện từ 24 nằm chia điện + Van điều khiển chân khơng VSV + Bộ chấp hành (màng chân khơng) + Một motor điện để quay chia điện tạo tín hiệu tốc độ động + Hai motor điện để quay van điều khiển khí nạp hai hệ thống ACIS T-VIS + Một cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính gắn họng ga 17 Hệ thống T-VIS ACIS + Một mạch điện tử lấy tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cảm biến vị trí bướm ga, so sánh với giá trị chuẩn Từ gửi tín hiệu điều khiển đến motor làm quay van điều khiển khí nạp + Hai hiển thị led đoạn dung hiển thị giá trị % góc mở bướm ga tốc độ động + Biến trở làm thay đổi giá trị dòng điện cấp đến motor để thay đổi tốc độ motor, thay đổi giá trị tốc độ động + Một bàn đạp ga dùng để thay đổi góc mở bướm ga + Một khung sắt dùng để gá lắp Hình 31: Sơ đồ bố trí thiết bị mơ hình III.5 Thiết kế chế tạo mơ hình III.5.1 Cảm biến tốc độ động cơ: - Sử dụng cảm biến điện từ loại 24 - Ngun lý hoạt động: Tín hiệu tốc độ động ( Ne ) sinh cuộn dây nhận tín hiệu nhờ rơto tín hiệu 24 Nó kích hoạt cuộn nhận tín hiệu Ne 24 lần vòng quay trục chia điện, tạo tín hiệu dạng sóng hình vẽ Từ tín hiệu này, ECU động nhận biết tốc độ động thay đổi 30° góc quay trục 18 Hệ thống T-VIS ACIS khuỷu Hình 32 : Cảm biến tốc độ động kiểu điện từ 24 III.5.2 Sử dụng cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính : Hình 32 : Cảm biến vị trí bướm ga - Cấu tạo ngun lý hoạt động: Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính bao gồm hai tiếp điểm trượt ( đầu có lắp tiếp điểm để tạo tín hiệu IDL VTA ) Một điện áp khơng đổi 5V cấp cho cực VC từ ECU động Khi tiếp điểm trượt giá trị điện trở thay đổi tương ứng với góc mở bướm ga, điện áp cấp đến cực VTA tỷ lệ với góc mở 19 Hệ thống T-VIS ACIS Khi bướm ga đóng hồn tồn, tiếp điểm cho tín hiệu IDL nối cực IDL E2 Tín hiệu VTA IDL hình vẽ Hình 34 : Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính Hình 35 : Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính 20 Hệ thống T-VIS ACIS Hình 36 : Đặc tuyến cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính III.5.3 Led đoạn Led đoạn sử dụng để hiển thị thơng số tốc độ động vị trí bướm ga Hình 37 : Led đoạn 21 Hệ thống T-VIS ACIS Hình 38 : Sơ đồ mạch điện Led đoạn III.5.4 Ngun lý mạch điều khiển: Mạch điều khiển hệ thống TVIS-ACIS Mạch điều khiển tự thiết kế để mơ hoạt động theo ngun lý hệ thống thực  Các thành phần mạch điều khiển: -Vi điều khiển ATmega16 dùng dao động thạch anh ngồi tần số 12Mhz -Transitor cơng suất để dẫn động động : Mosfet IRF530, điện áp điểu khiển cực cổng (Gate) 0V-5V -Mạch hiển thị phần trăm góc mở bướm ga tốc độ động dùng Led đoạn loại lớn 22 Hệ thống T-VIS ACIS III.5.4.1 Khối xử lý trung tâm: 23 Hệ thống T-VIS ACIS III.5.4.2 Khối cấp nguồn cho vi điều khiền cảm biến: III.5.4.3 Khối điều khiển hiển thị: 24 Hệ thống T-VIS ACIS III.5.4.4 Khối điều khiển động cơ: III.5.4.5 Khối nhận tốc độ từ cảm biến tốc độ động (Ne): 25 Hệ thống T-VIS ACIS III.5.4.6 Khối giao tiếp ngõ vào : 26 Hệ thống T-VIS ACIS III.5.4.7 Sơ đồ bố trí linh kiện: Hình 39 : Sơ đồ bố trí linh kiện 27 Hệ thống T-VIS ACIS III.6 Hướng dẫn sử dụng mơ hình: III.6.1 Ngun lý điều khiển: Nhận tín hiệu từ cảm biến điểu khiển tốc độ delco Chuyển tín hiệu từ cảm biến điểu khiển tốc độ delco cho điều xung Timer1 điều khiển tốc độ delco Nhận tín hiệu từ cảm biến góc mở bướm ga Kích hoạt van VSV Thỏa Xét kiện kích hoạt van VSV Biến đổi phần trăm góc mở bướm ga hiển thị Led đoạn Lấy liệu tốc độ động Tăng hệ số mơ Hiển thị Led đoạn 28 Hệ thống T-VIS ACIS III.6.2 Hướng dẫn sử dụng mơ hình: BƯỚC 1: Cấp nguồn điện chiều 12V cho hệ thống thơng qua hai kẹp accu BƯỚC 2: Bật cơng tắc nguồn sang vị trí “ON” BƯỚC 3: Sau bật cơng tắc nguồn đèn báo nguồn sáng (màu xanh) mạch điều khiển Hệ thống tiến hành test đèn led Sau test xong đèn led, đèn đồng loạt sáng số “0” BƯỚC 4: Lúc hệ thống sẵn sàng hoạt động hệ thống mơ ngẫu nhiên ban đầu hệ thống T-VIS Lúc ta thấy đèn báo hệ thống TVIS sáng mơ hình BƯỚC 5: Để thực mơ tốc độ động ta vặn nút điều khiển “Engine speed” mơ hình ta thấy tốc độ động tăng dần trên led đoạn BƯỚC 6: Để thực mơ góc mở bướm ga ta đạp pedan bướm ga mơ hình thấy góc mở bướm ga thay đổi từ 1% - 99% led đoạn BƯỚC 7: Ta quan sát hoạt động hệ thống Khi điều kiện góc mở bướm ga tốc độ động thỏa mãn điều kiện lý thuyết điều khiển ta thấy đồng xu đường nạp hệ thống đóng mở IV Kết đạt được: Engine Speed control Cơng tắc nguồn Hình 40 : Mơ hình hệ thống ACIS - TVIS IV.1 Tính khoa học: 29 Hệ thống T-VIS ACIS Mơ hình hệ thống ACIS T-VIS chế tạo dựa sở nghiên cứu tài liệu khoa học Mơ hình thể cấu tạo, chức năng, ngun lý hoạt động hệ thống ACIS T-VIS Do dựa vào mơ hình học viên, sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức khoa học hệ thống IV.2 Khả triển khai ứng dụng vào thực tế: Khả ứng dụng cao, mơ hình hệ thống ACIS T-VIS sử dụng vào mục đích dạy học xưởng Động Cơ khoa Cơ Khí Động Lực trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Mơ hình hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho cơng tác dạy học trường đại học trường THCN, dạy nghề tơ Phần 3: KẾT LUẬN I KẾT LUẬN: II ĐỀ NGHỊ: TÀI LIỆU THAM KHẢO: TCCS (Hệ thống điều khiển tự động Toyota) 30 S K L 0 [...]... cơ Khí nạp cấp cho động cơ qua 2 đường riêng biệt Một đường cung cấp khí nạp khi đông cơ ở tốc độ thấp (đường chính) Đường còn lại thay đổi tiết diện đường ống nạp qua sự thay đổi vị trí của van điều khiển khí nạp Khi động cơ ở tốc độ thấp thì khí nạp đi vào động cơ qua đường chính Lúc này van điều khiển khí nạp đóng lại, khí nạp được nạp với vận tốc cao do đường ống nạp dài và hẹp Van khí nạp được... diện của đường ống nạp III.4 Ý tưởng thiết kế: Chế tạo ra mô hình hoạt động của hệ thống ACIS trên động cơ 1UZ- FE, 3UZ-FE và T-VIS Sử dụng: + Đường ống nạp chế tạo bộ van điều khiển khí và ống góp nạp của hệ thống ACIS + Bộ van điều khiển và đường ống nạp của hệ thống T-VIS + Cảm biến tốc độ động cơ loại điện từ 24 răng nằm trong bộ chia điện + Van điều khiển chân không VSV + Bộ chấp hành (màng chân... về hệ thống đường ống nạp thay đổi T-VIS ( Toyota Variable Induction System) 13 Hệ thống T-VIS và ACIS Hình 25 : Sơ đồ hệ thống T-VIS Hệ thống đường ống nạp thay đổi T-VIS dựa vào tín hiệu tốc độ động cơ để điều khiển tiết diện đường ống nạp qua các cơ cấu chấp hành Hệ thống T-VIS bao gồm các bộ phận chính: - Cảm biến tốc độ động cơ - Van điều khiển khí nạp - Bộ chấp hành - Van điều khiển chân không... cơ cấu điều khiển và cơ cấu chấp hành giống nhau - Sử dụng tín hiệu tốc độ động cơ để điều khiển III.3.2 Sự khác nhau giữa hệ thống ACIS và T-VIS: - Hệ thống ACIS sử dụng tín hiệu tốc độ động cơ và góc mở bướm ga để điều khiển sự thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp - Hệ thống T-VIS chỉ sử dụng tín hiệu tốc độ động cơ để điều khiển sự thay đổi tiết diện của đường ống nạp III.4 Ý tưởng thiết. .. hành và giữ van điều khiển khí nạp đóng + Tốc độ động cơ cao: ECU không cấp điện áp cho VSV do đó không có chân không đến bộ chấp hành, van điều khiển khí nạp mở ra 16 Hệ thống T-VIS và ACIS Hình 29 : Van VSV loại thường mở Hình 30 : Sơ đồ mạch điện hệ thống T-VIS III.3 Nhận xét III.3.1 Sự giống nhau giữa hệ thống ACIS và T-VIS: - Đường ống nạp được điều khiển thay đổi phù hợp với từng chế độ hoạt động... quan sát sự hoạt động của hệ thống Khi điều kiện về góc mở bướm ga và tốc độ động cơ thỏa mãn điều kiện trong lý thuyết điều khiển ta sẽ thấy các đồng xu trên đường nạp của hệ thống đóng hoặc mở IV Kết quả đạt được: Engine Speed control Công tắc nguồn Hình 40 : Mô hình hệ thống ACIS - TVIS IV.1 Tính khoa học: 29 Hệ thống T-VIS và ACIS Mô hình hệ thống ACIS và T-VIS được chế tạo dựa trên cơ sở là những... thống T-VIS và ACIS Hình 11: Sơ đồ hệ thống ACIS trên động cơ 3UZ-FE Hình 12 : Van điều khiển khí nạp và bộ chấp hành 7 Hệ thống T-VIS và ACIS Hình 13: Van điều khiển chân không VSV  Hoạt động: Khi van điều khiển khí nạp đóng (VSV mở): Khi ECU động cơ bật van VSV để phù hợp với chu kỳ hoạt động dài, chân không được cấp đến màng bộ chấp hành Nó đóng van điều khiển làm cho chiều dài hiệu dụng của đường. .. hiển thị các thông số tốc độ động cơ và vị trí bướm ga Hình 37 : Led 7 đoạn 21 Hệ thống T-VIS và ACIS Hình 38 : Sơ đồ mạch điện của Led 7 đoạn III.5.4 Nguyên lý mạch điều khiển: Mạch điều khiển hệ thống TVIS-ACIS Mạch điều khiển tự thiết kế để mô phỏng hoạt động theo nguyên lý của hệ thống thực  Các thành phần chính của mạch điều khiển: -Vi điều khiển ATmega16 dùng dao động thạch anh ngoài ở tần số... của đường ống nạp được rút ngắn lại, tạo ra hiệu quả nạp tối đa để tăng công suất ở dải tốc độ cao 8 Hệ thống T-VIS và ACIS Hình 15 : Hoạt động khi van điều khiển khí nạp VSV đ óng III.1.2.1.2 Hệ thống ACIS trên động cơ 1MZ -FE: Hình 16 : Hệ thống ACIS trên động cơ 1MZ-FE Hệ thống này có 3 trạng thái thay đổi chiều dài, sử dụng 2 van VSV và 3 van điều khiển khí nạp 9 Hệ thống T-VIS và ACIS Hình 17 : Cấu... đóng Điều này sẽ làm cho không khí từ môi trường được cung cấp đến màng van điều khiển làm cho van này 10 Hệ thống T-VIS và ACIS mở làm cho chiều dài của buồng nạp khí ngắn hơn Diện tích nạp của buồng nạp được mở rộng và hiệu quả nạp là lớn nhất Hình 19 : Tải lớn - tốc độ trung bình III.1.2.1.2.3 Tốc độ cầm chừng: Ở chế độ này các van mở lớn, chiều dài có ích của đường ống nạp là dài nhất và hiệu quả nạp