Đang tải... (xem toàn văn)
(Cơ điện tử Việt Nam Hệ thống nhúng) Việc ngắt xi lanh chủ động không hẳn là một công nghệ động cơ mới và mặc dù nó chưa bao giờ được áp dụng rộng rãi, GM đã lần đầu tiên sử dụng nó trên một số mẫu xe Cadillac hơn 20 năm trước. Nếu sự thật được nói ra, hoạt động của các lần lặp lại đầu tiên của hệ thống ngắt xi lanh chủ động không chỉ khắc nghiệt mà những hệ thống này còn rất dễ bị hỏng hóc và kết quả là hầu hết khách hàng không thích và không tin tưởng vào hệ thống ngắt xi lanh chủ động. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất xe hơi đã phải nỗ lực rất nhiều để khắc phục lỗi, với kết quả là các hệ thống ngắt xi lanh chủ động hiện đại ngày nay khá đáng tin cậy. Vì vậy, trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn một số hệ thống ngắt xi lanh chủ động hiện đại về cả cách chúng hoạt động và những gì có thể xảy ra với chúng?
MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN Khái niệm Một số hệ thống điều khiển ngắt xi-lanh hãng xe 2.1 Hệ thống VCM – Variable Cylinder Management Honda 2.2 Hệ thống COD – Cylinder On Demand Audi 2.3 Hệ thống MDS - Multi-Displacement System Chrysler Lịch sử phát triển Tình hình nghiên cứu nước 11 Ưu nhược điểm 12 5.1 Ưu điểm 12 5.2 Nhược điểm 13 CHƯƠNG II TÌM HIỂU VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ XILANH THAY ĐỔI (VARIABLE CYLINDER MANAGEMENT) 14 Giới thiệu tổng quan đề tài 14 1.1 Tính cấp thiết đề tài 14 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 14 1.3 Đối tượng nghiên cứu phạm bi nghiên cứu 15 1.4 Phương pháp nghiên cứu 15 SVTH :Nguyễn Quốc Hưng BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ội dung nghiên cứu 15 1.6 Ý tưởng thiết kế mô 15 Mô hỉnh mô ECU hệ thống ngắt xilanh chủ động 16 2.1 Sơ đồ tổng quan 16 2.2 Các chế độ hoạt động 16 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống ngắt xi-lanh chủ động động Honda 19 2.4 Sơ đồ khối hệ thống 20 Một số cảm biến sử dụng trình hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh 21 Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống ECU ngắt xi-lanh 26 Lựa chọn linh kiện 27 5.1 Arduino 27 5.2 Biến trở 28 5.3 Màn hình LCD1602 module I2C 29 5.4 Mạch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD 30 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh 31 Chương trình lập 32 trình Mơ điều hình khiển thực tế 37 CHƯƠNG III KẾT QUẢ 38 Về lý thuyết 38 Về mặt thực tế 38 CHƯƠNG IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 Trang DANH SÁCH HÌNH ẢNH PHẦN Hình 1.1: Hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên Hình 1.2: Cơng nghệ ngắt xi-lanh động xy lanh Hình 1.3: Động sử dụng cơng nghệ ngắt xi-lanh Honda J35A Hình 1.4: Chế độ ngắt xi-lanh Audi Hình 1.5: Động V8 5.7L HEMI với hệ thống MDS Hình 1.6: Động bật tắt – hit and miss engine Hình 1.7: Mitsubishi Lancer sử dụng cơng nghệ MD (Modulated Displacement) 10 Hình 1.8: Chế độ ECO tiết kiệm nhiên liệu hãng xe Honda 15 PHẦN Hình 2.1: Nguyên lý chung hệ thống ngắt xi-lanh chủ động 18 Hình 2.2: Các chế độ hoạt động xe 18 Hình 2.3: Động hoạt động xi-lanh 18 Hình 2.4: Động hoạt động xi-lanh 19 Hình 2.6: Cơ cấu mgắt xi-lanh động 21 Hình 2.7: Chế độ xi-lanh hoạt động bình thường .21 Hình 2.8: Chế độ xi-lanh bị ngắt (khơng hoạt động) 22 Hình 2.9: Sơ đồ khối hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh 22 Trang PHẦN Hình 3.1:Cảm biến vị trí bàn đạp ga 21 Hình 2:Sơ đồ mạch đường đặc tuyến cảm biến vị trí bàn đạp ga 22 Hình 3: Sơ đồ mạch đường đặc tuyến cảm biến vị trí bàn đạp ga 22 Hình 4: Cảm biến vị trí bướm ga 23 Hình 3.6: Cấu tạo cảm biến đo tốc động loại điện từ 25 Hình 3.7: Ở tốc độ cao biên độ, tần số điện áp cao 25 Hình 3.8: Sơ đồ đồ mạch cảm biến tốc độ động vị trí xi-lanh 26 Hình 2: Arduino R3 27 Hình 3: Biến trở 100K 28 Hình 4: Màn hình LCD1602 29 Hình 5: Sơ đồ chân Màn hình LCD 1602 Xanh Lá 30 Hình 6: Mạch Chuyển Đổi Giao Tiếp I2C Cho LCD 30 Hình 7: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển 31 PHẦN Hình 1: Hình ảnh mơ hình thực tế 37 Hình 2: Hình anh 37 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Trang mơ hình thực tế Bảng 1: Bảng tóm tắt chế độ hoạt động xe 18 Bảng 2: Bảng thông số kĩ thuật Arduino R3 28 CHƯƠNG I TỔNG QUAN Khái niệm Thể tích cơng tác biến thiên (Variable Displacement) động công nghệ thay đổi thể tích cơng tác động (Engine Displacement) cách ngắt số xilanh làm việc chế độ tải nhỏ hay gọi hệ thống quản lý xi-lanh chủ động thay đổi VCM (Variable Cylinder Management) Honda Ngồi hệ thống ngắt xi-lanh cịn có số tên gọi khác như: Cylinder Deactvation (CDA) Toyota Hệ thống Active Cylinder Control (ACC) Mercedes hay Multidisplacement System (MDS) Chrysler Trang Hình 1.1: Hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên Công nghệ ngắt xi-lanh động thực cách giữ cho xú páp nạp xả vị trí đóng chu kỳ làm việc động Đồng thời, ngắt hệ thống đánh lửa nhiên liệu đến xi-lanh bị ngắt để tiết kiệm lượng, nhiên liệu giảm khí xả gây nhiễm mơi trường Bằng cách đóng xú páp cần ngắt xy lanh, xi-lanh bi ngắt xem lị xo khơng khí "air spring" Lị xo khơng khí thực q trình nén giãn nở có chu kỳ, điều loại bỏ cơng tổn thất Công nghệ ngắt xi-lanh chủ động động ô tô thường từ động V6 trở lên, động làm việc với xi-lanh để giảm – 25% lượng nhiên liệu tiêu thụ Ở mức tải 30% công suất tối đa, động cở lớn bướm ga gần đóng hồn tồn Điều cản trở q trình cấp khí cho xy lanh, thiếu khơng khí,áp suất nhiệt độ nén giảm khiến q trình cháy hiệu quả, hiệu suất nhiệt thấp tải động nhỏ Thay để máy tranh giành lượng khí ỏi, cơng nghệ điều khiển xy-lanh biến thiên cho số máy ngừng làm việc, để nhường khí nạp cho xy-lanh cịn lại Một số buồng đốt nhận khí nhiều làm tăng áp suất nén, hiệu suất nhiệt cải thiện Theo tính tốn, lượng nhiên liệu tiêu thụ giảm 8-25% xe chạy đường cao tốc Trang Hình 1.2: Cơng nghệ ngắt xi-lanh động xy lanh Trên xi-lanh tạm dừng làm việc, van xả nạp đóng kín, hỗn hợp khơng khí buồng đốt bị lập với bên ngồi Lúc này, chúng có vai trị lị xo Nó bị nén khi pít tơng từ điểm chết (ĐCD) lên điểm chết (ĐCT), giãn nở hành trình ngược lại từ ĐCT xuống ĐCD Q trình giãn nở khối khí lập tạo cân tổng thể, đồng thời không gây phụ tải cho động Ví dụ điển hình cho công nghệ loại động cỡ lớn V12 có xy-lanh làm việc tải trọng thấp Quá trình chuyển đổi trạng thái thực cách thay đổi đồng hệ thống đánh lửa, hệ thống phân phối khí, vị trí bướm ga Một số hệ thống điều khiển ngắt xi-lanh hãng xe 2.1 Hệ thống VCM – Variable Cylinder Management Honda Hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên (Variable Cylinder Management – VCM) Honda giới thiệu vào năm 2004 mẫu xe Hybrid Accord, hãng sử dụng công nghệ động xi-lanh xem bước đột phá Honda việc nâng công suất tăng khả tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ môi trường Công nghệ cho phép ngắt, không bơm nhiên liệu vào xi-lanh theo điều khiển máy tính tùy theo điều kiện vận hành (có thể ngắt nhiên liệu vào xilanh lúc) mà đảm bảo xe vận hành tốt Trang Hình 1.3: Động sử dụng công nghệ ngắt xi-lanh Honda J35A 2.2 Hệ thống COD – Cylinder On Demand Audi Đối với hãng Honda hệ thống ngắt giảm xi-lanh gọi Variable Cylinder Management, cịn với hãng Audi gọi Cylinder On Demand - COD Ở hãng Audi họ sử dụng hệ thống COD xe có động 4, 12 xy lanh, số xi-lanh ngắt giảm động xi-lanh 2, động xi-lanh động 12 xi-lanh Khác với hãng Honda, hãng Audi ngắt giảm xi-lanh chế độ ngắt giảm ngắt nửa số xi-lanh động Đối với loại động Audi điều kiện ngắt xi-lanh khác Trang Hình 1.4: Chế độ ngắt xi-lanh Audi 2.3 Hệ thống MDS - Multi-Displacement System Chrysler Đây hãng sản xuất áp dụng công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên động V8 Hệ thống cho phép ngắt giảm nửa số xi-lanh xe hoạt động chế độ không yêu cầu cơng suất cao để tiết kiệm nhiên liệu Hình 1.5: Động V8 5.7L HEMI với hệ thống MDS Trang Cấu tạo cảm biến đo tốc độ loại điện từ - Roto có (số tùy thuộc vào loại động cơ) - Cuộn dây quanh lõi thép - Nam châm vĩnh cửu: định hướng đường sức từ băng qua cuộn dây Nguyên lý hoạt động Nhờ biến thiên từ thông, cuộn dây xuất sức điện động cảm ứng Khi roto đối diện với cực từ cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại điện áp hai đầu cuộn dây không Khi roto di chuyển khỏi cực từ, khe hở khơng khí tăng dần làm từ thông giảm sinh sức điện động theo chiều ngược lại Như điện áp sinh phụ thuộc vào độ thay đổi từ thông đơn vị thời gian Hình 3.7: Ở tốc độ cao biên độ, tần số điện áp cao hơn, mật độ từ thơng dày Hình 3.8: Sơ đồ đồ mạch cảm biến tốc độ động vị trí xi-lanh Trang 27 Cảm biến tích hợp đo góc quay trục khuỷu (G) tốc độ động (NE) - G: chân tín hiệu vị trí xi-lanh gửi ECU nhờ vào việc tính tốn số xung/vịng quay, xác định vị trí xi-lanh để điều khiển đánh lửa - NE: chân tín hiệu gửi ECU đọc số xung để tính tốn số xung/vịng từ xác định tốc độ động - G- : GND Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống ECU ngắt xi-lanh Sơ đồ giải thuật mô hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh Lựa chọn linh kiện Lựa chọn linh kiện sử dụng bước quan trọng cần thiết dự án Lựa chọn linh kiện phù hợp giúp cho việc thiết kế trở lên dễ dàng thuận tiện hơn, đem đến hiệu công việc cao 5.1 Arduino Để thực nhiệm vụ thu thập , xử lý liệu hiển thị thơng số ta cần tính chọn vi điều khiển thích hợp Trong hệ thống mơ ngắt xi-lanh chủ động cần Trang 28 dùng biến trở để thay cho cảm biến từ kích hoạt trạng thái hoạt động xi-lanh thơng qua led Với lí trên, cần chọn loại vi điều khiển mức độ trung bình, giá thành rẻ bán rộng rãi thị trường Và đây, nhóm chúng em xin chọn vi điều khiển AT Mega328 (Arduino Uno R3) Hình 1: Arduino R3 Có ưu điểm dễ tiếp cận, cộng đồng người sử dụng đông đảo khắp giới, không cần mạch nạp riêng biệt sử dụng nạp chương trình Ngồi đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngơn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Trang 29 Bảng 2: Bảng thông số kĩ thuật Arduino R3 5.2 Biến trở Hình 2: Biến trở 100K Thơng số sản phẩm: - Độ dài núm chỉnh: 15mm - Đường kính núm chỉnh: 7mm - Loại biến trở: Volume đơn, có chân - Thơng số điện: - Tổng trở kháng: 100KΩ Tổng dung sai kháng chiến: ± 20% - Điện áp hoạt động tối đa: B Linear: DC 50V / AC 25V - Công suất định mức: B Linear: 0.5W - Tiếng ồn: Dưới 100mV - Chống cách điện: Hơn 100MΩ - Điện áp chịu được: phút AC 250 V - Tính chất lý: - Góc quay tồn bộ: 300 ± 10 (độ) - Khoảng cách quay: 10 ~ 200 gf.cm - Sức mạnh dừng quay: 3.0Kgf.cm - Độ bền kéo: đẩy: 7.0kgf phút - Vịng quay: 10.000 chu kỳ Trang 30 5.3 Màn hình LCD1602 module I2C Hình 3: Màn hình LCD1602 Thông số kĩ thuật: - Điện áp hoạt động 5V - Kích thước: 80 x 36 x 12.5mm - Chữ đen, xanh - Có thể điều khiển với dây tín hiệu Hình 4: Sơ đồ chân Màn hình LCD 1602 Xanh Lá Trang 31 5.4 Mạch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD Hình 5: Mạch Chuyển Đổi Giao Tiếp I2C Cho LCD Để sử dụng loại LCD có driver HD44780 (LCD 1602, LCD 2004,… ) cần có chân MCU kết nối với chân RS, EN, D7, D6, D5 D4 để giao tiếp với LCD Nhưng với mạch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD, bạn cần chân (SDA SCL) MCU kết nối với chân (SDA SCL) module hiển thị thơng tin lên LCD Ngồi điều chỉnh độ tương phản biến trở gắn module Thông số mạch chuyển đổi giao tiếp i2c - Kích thước: 41.5mm(L)X19mm(W)X15.3MM(H) - Trọng lượng: 5g - Điện áp hoạt động: 2.5v-6v - Jump chốt: Cung cấp đèn cho LCD ngắt - Tích hợp biến trở xoay độ tương phản cho LCD Trang 32 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh Hình 6: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh Trang 33 Chương trình lập trình điều khiển Chương trình mơ hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh chủ động #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); int giatri1; int giatri2; int vtdg; int vt; int c1=2; int c2=4; int c3=7; int c4=8; int c5=12; int c6=13; int eco=10; void slow(); void medium(); void fast(); int i=0; void setup() { Serial.begin(9600); lcd.init(); lcd.backlight(); pinMode(c1,OUTPUT); pinMode(c2,OUTPUT); Trang 34 pinMode(c3,OUTPUT); pinMode(c4,OUTPUT); pinMode(c5,OUTPUT); pinMode(c6,OUTPUT); pinMode(eco,OUTPUT); } void loop() { giatri1= analogRead (A0); //doc gia tri bien tro giatri2= analogRead (A1); vtdg = map(giatri1,0,1023,0,100); //doi gia tri vt = map(giatri2,0,1023,0,150); lcd.setCursor(1,0); // hien thi lcd lcd.print("Taitrong: "); lcd.print(vtdg); lcd.print("%"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print("Vantoc: "); lcd.print(vt); lcd.print("km/h"); delay (300); if((vt>0)&&(vt= 60)&&(vt30){ if(vtdg 10)) { digitalWrite(c1,HIGH); digitalWrite(c2,HIGH); digitalWrite(c3,HIGH); digitalWrite(c4,HIGH); digitalWrite(c5,HIGH); digitalWrite(c6,HIGH); digitalWrite(eco,LOW); i=0; } Trang 36 } void medium() { i++; if(i>30){ if(vtdg10)&&(vtdg>=36)) { //delay(6000); digitalWrite(c1,HIGH); digitalWrite(c2,HIGH); digitalWrite(c3,HIGH); digitalWrite(c4,HIGH); Trang 37 digitalWrite(c5,HIGH); digitalWrite(c6,HIGH); digitalWrite(eco,LOW); i=0; } } void fast() { i++; if(i>2){ digitalWrite(c1,HIGH); digitalWrite(c2,HIGH); digitalWrite(c3,HIGH); digitalWrite(c4,HIGH); digitalWrite(c5,HIGH); digitalWrite(c6,HIGH); digitalWrite(eco,LOW); i=0; }} Trang 38 Mơ hình thực tế Hình 1: Hình ảnh mơ hình thực tế Hình 2: Hình ảnh mơ hình thực tế Trang 39 CHƯƠNG III KẾT QUẢ Về lý thuyết Hiểu rõ nguyên lý hoạt động động công nghệ ngắt xi-lanh chủ - động Hiểu cảm biến sử dụng ôtô - Về mặt thực tế Thiết kế mạch mơ lập trình theo ngun lý tìm hiểu CHƯƠNG IV TÀI LIỆU THAM KHẢO - http://en.wikipedia.org/wiki/Variable_displacement - http://vnexpress.net/tin-tuc/oto-xe-may/tu-van/cong-nghe-ngat-xi-lanh-chudong-tren-dong-co-oto-2224012.html - Michael Knowling, "Cylinder Deactivation Reborn - Part 1& Part 2", - Autospeed, Issue 342 - Youtube channel : https://www.youtube.com/user/Honda - Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 44B(10/2017) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Trang 40 Trang 41 ... thiết kế mô 15 Mô hỉnh mô ECU hệ thống ngắt xilanh chủ động 16 2.1 Sơ đồ tổng quan 16 2.2 Các chế độ hoạt động 16 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống ngắt. .. loại bỏ công tổn thất Công nghệ ngắt xi-lanh chủ động động ô tô thường từ động V6 trở lên, động làm việc với xi-lanh để giảm – 25% lượng nhiên liệu tiêu thụ Ở mức tải 30% công suất tối đa, động cở... kiệm nhiên liệu hãng xe Honda Mô hỉnh mô ECU hệ thống ngắt xi-lanhchủ động 2.1 Sơ đồ tổng quan Trang 17 Hình 2.1: Nguyên lý chung hệ thống ngắt xi-lanh chủ động 2.2 Các chế độ hoạt động Hình 2.2: