Nghiên cứu mô phỏng hệ thống phun xăng EFI bằng Proteus

2 Mục mục Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG 8 1 1 Lịch sử phát triển của hệ thống nhiên liệu xăng 8 1 1 1 Khái niệm 8 1 1 2 Khái niệm hệ thống phun xăng điện tử 8 1 1 3 Lịch sử phát triển 9 1 1 4 Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) 10 1 1 5 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử 10 1 1 6 Phân loại EFI 11 a) Phân loại theo phương pháp phát hiện lượng không khí nạp 11 b) Phân loại theo điểm phun 13 1 1 7 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun 14 a) Phun xăng điện tử 14 b) Ph.

Mục mục Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu xăng 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Khái niệm hệ thống phun xăng điện tử 1.1.3 Lịch sử phát triển 1.1.4 Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) 10 1.1.5 Ưu điểm hệ thống phun xăng điện tử 10 1.1.6 Phân loại EFI 11 a) Phân loại theo phương pháp phát lượng khơng khí nạp 11 b) Phân loại theo điểm phun 13 1.1.7 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun 14 a) Phun xăng điện tử 14 b) Phun xăng thủy lực 15 1.1.8 Phân loại theo thời điểm phun xăng 15 a) Hệ thống phun xăng gián đoạn 15 b) Hệ thống phun xăng đồng loạt: 15 c) Hệ thống phun xăng liên tục: 15 1.2 Cấu Tạo Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử 15 1.2.1 Bơm nhiên liệu : 16 1.2.2 Bầu lọc xăng: 17 1.3 Bộ ổn định áp suất 18 1.4 Vòi phun 18 1.5 ECU động 19 1.6 Giới thiệu chung xe camry 2.0E(ví dụ) 20 1.7 1.8.1 Động 21 Chương 2: KẾT CẤU VÀ NGUYÊ LÍ LÀM VIỆC 22 2.1 Sơ đồ cấu tạo nguyên lí hoạt động hệ thống nhiên liệu 22 2.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động phận 23 2.2.1 Bơm nhiên liệu 23 a) Điều khiển bơm nhiên liệu: 24 b) Chế độ khởi động: 24 c) Khi động ngừng: 26 2.2.2 Bộ lọc nhiên liệu: 27 2.2.3 Vòi phun xăng điện tử 28 2.2.4 Hệ thống kiểm soát nhiên liệu 30 2.3 Hệ thống cung cấp khơng khí động 1AZ-FE xe oto (camry) 32 2.3.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp khí nạp 32 2.3.2 Lọc gió 33 2.3.3 Cổ họng gió 34 2.3.4 Ống góp hút đường ống nạp 35 2.4 Hệ thống điều khiển hệ thống phun xăng điện tử xe 1AZ-FE 36 2.4.1 Các cảm biến: 36 a) Cảm biến lưu lượng khí nạp: 36 b) Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp 38 c) Cảm biến vị trí bướm ga 39 d) Cảm biến oxy 41 e) Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 42 f) Cảm biến vị trí trục cam; 44 g) Cảm biến vị trí trục khuỷu 45 h) Cảm biến tiếng gõ 47 i) Cảm biến bàn đạp ga 49 2.5 ECU 51 2.5.1 Chức ECU 52 2.5.2 Các phận ECU 52 2.5.3 Các thông số hoạt động ECU 52 a) Các thơng số 52 b) Các thơng số thích nghi: 52 c) Các thơng số xác 53 2.5.4 Các chế độ làm việc 53 a) Làm đậm sau khởi động 53 b) Chạy ấm máy 53 c) Thích ứng theo điều kiện tải 54 d) Thích ứng theo nhiệt độ khí nạp 55 e) Giới hạn tốc độ động 55 f) Giảm tốc 55 g) Điều khiển tốc độ không tải 55 Chương 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS VÀ CODEVISION AVR MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG EFI 57 3.1 Cấu tạo hệ thống phun xăng (EFI)mô 57 3.1.1 Sơ đồ hệ thống phun xăng (EFI) 57 3.1.2 Cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử (EFI)mô 57 3.1.3 Lập trình điều khiển hệ thống đánh lửa 59 Danh mục hình ảnh Hình 1: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử 10 Hình 2:Sơ đồ hệ thống L-EFI 12 Hình 3: Sơ đồ hệ thống D-EFI 13 Hình 4: Hệ thống phun xăng đa điểm 14 Hình 5: Bơm nhiên liệu 16 Hình 6:Bầu lọc xăng 17 Hình 7:Bộ điều áp 18 Hình 8: Vịi phun 19 Hình 9:ECU 20 Hình 10: Xe camry 2.0E 2014 20 Hình 11: Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu 22 Hình 12: Bơm nhiên liệu 23 Hình 13: Sơ đồ mạch điều khiển bơm 25 Hình 14: Chế độ khởi động 26 Hình 15: động ngừng 27 Hình 16: Lọc nhiên liệu 28 Hình 17: Vịi phun 29 Hình 18: Sơ đồ mạch điều khiển phun 30 Hình 19: Sơ đồ hệ thơng kiểm soát nhiên liệu 31 Hình 20: Hệ thống cung cấp khí 32 Hình 21: Lọc gió 33 Hình 22:Đường ống nạp 35 Hình 23:Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy 36 Hình 24:Cảm biến nhiệt độ khí nạp 38 Hình 25:Cảm biến vị trí bướm ga loại hall 39 Hình 26:Sơ đồ mạch cảm biến bướm ga 40 Hình 27: Cảm biến oxy 41 Hình 28:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 42 Hình 29:Mạch điện cảm biến nước làm mát 43 Hình 30:Cảm biến vị trí trục cam 44 Hình 31:Sơ đồ mạch cảm biến vị tri trục cam 45 Hình 32:Cảm biến vị trí trục khuỷu 46 Hình 33:Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục khuỷu 47 Hình 34:Cảm biến tiếng gõ 48 Hình 35: Sơ đồ mạch 49 Hình 36:Cảm biến vị trí bàn đạp ga 50 Hình 37:Sơ đồ mạch cảm biến bàn đạp ga 51 Hình 38:Đồ thị làm giàu xăng lí tưởng 54 Hình 39:Mơ ứng dụng proteus 57 Hình 40: Hình ảnh ATMEGA 16 58 Hình 41:Transistor 58 Hình 42:Encoder 59 LỜI NÓI ĐẦU Ngày ngành công nghiệp ôtô nước giới ngày phát triển đóng vai trị quan trọng phát triển chung toàn xã hội Nhiều hệ thống ô tô thay để đáp ứng nhu cầu người có hệ thống phun xăng điện tử (EFI) Để hiểu sâu hệ thống em chọn đề tài Là sinh viên khoa Công Nghệ ôtô chúng em trang bị kiến thức ngành khí ơtơ Với đề tài : “Nghiên cứu hệ thống phun xăng điện tử xe oto ” môn đồ án chuyên ngành ôtô , giúp em hồn thiện trang bị kiến thức ngành mà em theo học đặc biệt hệ thống phun xăng điện tử EFI Nó đóng vai trò quan trọng việc tiết kiệm nhiên liệu kinh tế người sử dụng Đề tài gồm có chương:  Chương 1: Tổng quan hệ thống nhiên liệu động xăng  Chương 2: Kết cấu nguyên lí làm việc hệ thống phun xăng xe oto  Chương 3: Ứng dụng phần mềm proteus codevision AVR để mô hệ thống phun xăng EFI Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn thầy Trịnh Đắc Phong, thầy khoa Công Nghệ ôtô tất bạn sinh viên giúp em hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực NHÓM 12 Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu xăng 1.1.1 Khái niệm Vào cuối kỷ 19, người Đức cho phun nhiên liệu vào buồng cháy không mang lại hiệu nên không thực Đến năm 1887 người Mỹ có đóng góp to lớn việc triển khai hệ thống phun xăng vào sản xuất, áp dung động tỉnh Đầu kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng động tỉnh (nhiên liệu dùng động máy dầu hoả nên hay bị kích nổ hiệu suất thấp), với đóng góp đưa công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu máy bay Đức Từ trở đi, hệ thống phun xăng áp dụng ô tô Đức thay dần động sử dụng chế hồ khí Hãng BOSCH áp dụng hệ thống phun xăng tơ hai cách cung cấp nhiên liệu với áp lực cao sử dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên giá thành chế tạo cao hiệu lại thấp với kỹ thuật ứng dụng chiến thứ II Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn khoảng thời gian dài chiến tranh, đến 1962 người Pháp phát triển tơ Peugeot 404 Họ điều khiển phân phối nhiên liệu khí nên hiệu khơng cao cơng nghệ chưa đáp ứng tốt Đến năm 1966 hãng BOSCH thành công việc chế tạo hệ thống phun xăng khí Trong hệ thống nhiên liệu phun liên tục vào trước xupáp nạp nên có tên KJetronic(K- konstant-liên tục, Jetronic-phun) K-jetronic đưa vào sản xuất ứng dụng xe Hãng Mercedes số xe khác, tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng hệ sau 1.1.2 Khái niệm hệ thống phun xăng điện tử EFI viết tắt từ Electronic Fuel Injection, có nghĩa hệ thống phun xăng điều khiển điện tử Đây hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu tốt Tùy theo chế độ làm viêc ôtô mà hệ thống tự thay đổi tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu để cung cấp cho động hoạt động tốt cụ thể chế độ khởi động lạnh, hỗn hợp khí cung cấp giàu xăng sau động đạt nhiệt độ vận hành hỗn hợp nghèo xăng Trên đời xe cũ sử dụng chế hịa khí để tạo hỗn hợp nhiên liệu cung cấp nhiên liệu cho động Cả hai loại này: chế hịa khí hay hệ thống phun xăng điện tử cung cấp nhiên liệu với tỉ lệ định phụ thuộc vào lượng khí nạp Nhưng để đáp ứng yêu cầu khí xả, tiêu hao nhiên liệu, cải thiện khả tải… Thì chế hịa khí phải lắp them hiệu chỉnh khác làm trở nên phức tạp nhiều Do hệ thống phun xăng điện tư đời để thay cho chế hịa khí, đảm bảo tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu thích hợp cho động việc phun nhiên liệu điện tử theo chế độ lái xe khác 1.1.3 Lịch sử phát triển Váo kỉ XIX, kĩ sư người mỹ ông Stenvan nghĩ cách phun nhiên liệu cho máy nén khí Sau thời gian, người Đức phun nhiên liệu vào buồng cháy không mang lại hiệu Đầu kỉ 20, người đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu động kỳ tĩnh Tuy nhiên, sau sang kiến thành công việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu khí Trong hệ thống phun xăng nhiên liệu phun trực tiếp trước xupap hút nên gọi K – jetronic, mono – jetronic, L – jetronic… Do hệ thống phun xăng khí có nhiều nhược điểm nên đầu năm 80, BOSCH cho đời hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiển điện, có hai loại: hệ thống L – jetronic ( lượng nhiên liệu xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp ) D- jotronic ( lượng nhiên liệu xác định cảm biến đo lưu lượng khí nạp ) Đến năm 1984, người Nhật mua quyến BOSCH ứng dụng hệ thống phun xăng L – jetronic D – jetronic xe hãng Toyota ( động 4A – ELU) Đến năm 1987, hãng Nisan dùng L – jetronic thay cho chế hịa khí xe sunny Việc điều khiển EFI chia làm hai loại, dưa khác phương pháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun : Một loại mạch điều khiển lượng phun dựa vào thời gian cần thiết để nạp phóng vào tụ điện loại khác loại điều khiển vi xử lý bắt đầu sử dụng vào năm 1983.Loại hệ thống EFI điều khiển vi xử lý sử dụng xe Toyota gọi TCCS ( Toyota computer controlled system ), khơng diều khiển lượng phun mà bao gồm ESA ( electronic spark advance ) ccas hệ thống điều khiển khác chức chẩn đán dự phòng 1.1.4 Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) Hệ thống EFI (Elctronic Fuel Injection ) sử dụng cảm biến khác để phát tình trạng động vá tình trạng động vá điều kiện chạy xe Và ECU động tính tốn lượng phun nhiên liệu tối ưu làm cho vòi phun nhiên liệu Hình 1: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử Cảm biến vị trí bướm ga Cảm biến áp suất đường ống nạp Vòi phun Cảm biến lưu lượng khí nạp Cảm biến vị trí trục cam Cảm biến nhiệt độ nước Cảm biến vị trí trục khuỷu 8,9 Cảm biến oxy 1.1.5 Ưu điểm hệ thống phun xăng điện tử Hệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm chế hịa khí :  Dùng áp suất làm tơi xăng thành hạt bụi sương nhỏ 10  Phân phối xăng đồng đến xylanh giảm thiểu xu hướng kích nổ hịa khí lỗng  Động chạy khơng tải êm dịu  Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển lượng xăng xác, bốc tốt, phân phối xăng đồng  Giảm khí thải độc hại nhờ hịa khí lỗng  Mơmen xoắn động phát lớn hơn, khởi động nhanh hơn, xấy nóng máy nhanh động làm việc ổn định  Tạo công suất lớn hơn, khả tăng tốc tốt khơng có họng khuếch tán gây cản trở động chế hịa khí  Hệ thống đơn giản chế hịa khí điện tử khơng cần đến cánh bướm gió khởi động, khơng cần vít hiệu chỉnh  Gia tốc nhanh nhờ xăng bốc tốt lại phun vào xylanh tận nơi  Đạt tỉ lệ hòa khí dễ dàng  Duy trì hoạt động lý tưởng phạm vi rộng điều kiện vận hành  Giảm bớt hệ thống chống ô nhiễm môi trường 1.1.6 Phân loại EFI a) Phân loại theo phương pháp phát lượng khơng khí nạp  L-EFI (loại điều khiển lượng khơng khí) 11 Khi động chạy tốc độ không tải ECU nhận tín hiệu từ cảm biến Khi ECU tự động điều khiển bướm ga đến vị trí tối ưu Tại vị trí động nổ với tốc độ thấp lượng nhiên liệu phun vào tối ưu 56 Chương 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS VÀ CODEVISION AVR MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG EFI 3.1 Cấu tạo hệ thống phun xăng (EFI)mô 3.1.1 Sơ đồ hệ thống phun xăng (EFI) Hình 39:Mơ ứng dụng proteus 3.1.2 Cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử (EFI)mô  Vi điều khiển atmega 16 - AVR Atmega16 họ vi điều khiển hãng Atmel sản xuất (Atmel nhà sản xuất dòng vi điều khiển 89C51 mà bạn nghe đến) AVR chip vi điều khiển bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa-RISC(Reduced 57 Instruction Set Computer), kiểu cấu trúc thể ưu xử lí - Vi điều khiển Atmega 16 hiệu suất cao, công suất thấp Atmel 8-bit AVR RISC dựa kết hợp 16KB nhớ flash lập trình, 1KB SRAM, 512B EEPROM, 10-bit A / D chuyển đổi 8-kênh, giao diện JTAG cho onchip gỡ lỗi Thiết bị hỗ trợ thông lượng 16 MIPS 16 MHz hoạt động 4,5-5,5 volt - Vi điều khiển sử dụng để tính tốn thời gian mở transistor theo góc quay động encoder Hình 40: Hình ảnh ATMEGA 16  Transistor - loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường sử dụng phần tử khuếch đại khóa điện tử - Transistor sử dụng làm cấu điều khiển đánh lửa Hình 41:Transistor 58  Động encoder - Động encoder đóng vai trò trục khuỷu động thực với biến trở lắp phía trước để điều khiển tốc độ động - Nguyên lý encoder: đĩa trịn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ khơng có lỗ (rãnh), đèn led khơng chiếu xun qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu xun qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có, khơng có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay khơng.Số xung đếm tăng lên tính số lần ánh sáng bị cắt Như encoder tạo tín hiệu xung vng tín hiệu xung vng cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ Nên tần số xung đầu phụ thuộc vào tốc độ quay trịn Hình 42:Encoder 3.1.3 Lập trình điều khiển hệ thống đánh lửa Phần Code lập trình điều khiển #include 59 #include // Alphanumeric LCD Module functions #include #include //khai báo biến unsigned char chuoi[16]; unsigned int dem=0, temp=0, x,a, times=0; unsigned int nhietdo ; #define led1 PORTC.0 #define led2 PORTC.1 #define led3 PORTC.2 #define led4 PORTC.3 // hàm ngắt interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { temp++; TCNT0=156; } // tín hiệu adc #define FIRST_ADC_INPUT #define LAST_ADC_INPUT unsigned int adc_data[LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT+1]; 60 #define ADC_VREF_TYPE 0x00 interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void) { static unsigned char input_index=0; adc_data[input_index]=ADCW; if (++input_index > (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT)) input_index=0; ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff))+input_index; delay_us(10); ADCSRA|=0x40; } // chương trình void main(void) { PORTA=0x00; DDRA=0x00; PORTB=0x00; DDRB=0xFF; 61 PORTC=0x0F; DDRC=0x0F; PORTD=0x00; DDRD=0x00; TCCR0=0x02; TCNT0=0x00; OCR0=0x00; TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; 62 OCR2=0x00; GICR|=0x40; MCUCR=0x03; MCUCSR=0x00; GIFR=0x40; TIMSK=0x01; UCSRB=0x00; ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // ADC initialization // ADC Clock frequency: 1000.000 kHz ADMUX=FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); ADCSRA=0xEB; SFIOR&=0x1F; SPCR=0x00; TWCR=0x00; // Alphanumeric LCD initialization // Connections specified in the // Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu: 63 // RS - PORTB Bit // RD - PORTB Bit // EN - PORTB Bit // D4 - PORTB Bit // D5 - PORTB Bit // D6 - PORTB Bit // D7 - PORTB Bit // Characters/line: 16 lcd_init(16); #asm("sei") while (1) { x = adc_data[0]; // tín hiệu vị trí bướm ga nhietdo =(adc_data[1])*50/102 ; //tín hiệu nhiệt độ nước làm mát if(nhietdo