Mô phỏng hệ thống phun dầu điện tử trên proteus

Mô phỏng hệ thống điều khiển của hệ thống phun dầu điện tử trên proteus. Bao gồm cả mạch proteus và code về hệ thống phun dầu điện tử, các con cảm biến. Cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến vị trí trục khuỷu. Bài tập lớn môn vi điều khiển trường đại học công nghiệp hà nội

BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc HỒ SƠ MINH CHỨNG THỰC HIỆN BTL HỌC PHẦN VI ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG TRÊN Ô TÔ TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ EFI TRÊN Ô TÔ NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ MÃ LỚP HỌC PHẦN: AT6042.3 KHĨA: K14 NHĨM SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nhóm GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Lê Đức Hiếu Hà Nội: 2022 Mục Lục Mục Lục MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu đề tài Chương Tổng quan hệ thống phun dầu điện tử xe ô tô 1.1 Lịch sử đời: 1.2 Giới thiệu hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel: 2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống Common Rail Diesel: 10 2.2 Cấu tạo: 11 2.2.1 Hệ thống nhiên liệu: 11 2.2.1.1 Bơm tiếp vận: 12 2.2.1.2 Bộ hạn chế áp suất: 13 2.2.1.3 Bơm cao áp 13 2.2.1.4 Ống phân phối 14 2.2.1.5 Kim phun 14 2.2.2 Hệ thống điện điều khiển 15 2.2.3 Các cảm biến 15 a) Cảm biến tốc độ động 15 b) Cảm biến bàn đạp ga 15 c) Cảm biến lưu lượng khí nạp 16 d) Cảm biến áp suất đường ống nạp 16 e) Cảm biến áp suất nhiên liệu 16 f) Cảm biến nhiệt độ khí nạp turbin 16 g) Cảm biến nhiệt độ khí nạp 16 h) Cảm biến nhiệt độ nước 16 i) Cảm biến vị trí bướm ga 17 j) Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 17 k) Cảm biến vị trí trục cam 17 l) Cảm biến tốc độ xe 17 Chương ECM-ECU 18 Tính tốn lượng phun 18 Xác định lượng phun tối đa 19 Điều khiển lượng phun nhiên liệu 20 Điều khiển phun khởi động 20 Chương Tổng quan ECU hệ thống phun dầu điện tử 21 1.1 Khái quát ECU 21 1.2 Xác định lượng phun 24 a) Tính tốn lượng phun 24 b Tính toán lượng phun tối đa 24 c Điều chỉnh lượng phun 25 d So sánh lượng phun lượng phun tối đa 26 f) So sánh thời điểm phun mong muốn thời điểm phun thực tế ( EFI – Diesel ống phân phối ) 27 1.3 Điều khiển lượng phun khởi động 28 1.4 Điều khiển gián đoạn phun 29 a Phun ngắt quãng 29 b Phun trước ( phun mồi ) 30 1.5 Điều khiển tốc độ không tải 30 EDU (Electronic Driver Unit) 31 Chương Vi điều khiển thay 8051 33 1.1 Giới thiệu vi điều khiển 8051 33 1.2 Kiến trúc phần cứng VDK 8051 33 1.2.1 Sơ đồ khối 8051 33 1.2.2 Sơ đồ chân chức chân vi điều khiển 8051 34 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ 37 1.1 Mô phần mềm Proteus 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 45 DANH MỤC HÌNH ẢNH: Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống Common Rail Diesel 10 Hình 2 Cấu trúc tổng quát 11 Hình Bơm Tiếp vận 12 Hình Bộ hạn chế áp suất 13 Hình Bơm cao áp 13 Hình Ống phân phối 14 Hình Kim phun 14 Hình Sơ đồ hệ thống điều khiển 15 Hình Sơ đồ tính tốn lượng phun 18 Hình 10 Sơ đồ tính tốn lượng phun tối đa 19 Hình 11 Điều khiển lượng phun nhiên liệu 20 Hình 12 Điều khiển lượng phun khời động 20 Hình Bộ ECU 21 Hình Khi động chưa làm việc 22 Hình 3 Khi động làm việc 23 Hình ECU tiếp nhận tín hiệu gửi từ cảm biến xử lý để điều khiển thời điểm phun 23 Hình ECU tính tốn lượng phun 24 Hình Tính tốn lượng phun tối đa 25 Hình Điều chỉnh áp suất nhiệt độ khí thải 25 Hình ECU hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu 26 Hình ECU so sánh thời điểm phun 27 Hình 10 Điều chỉnh lượng phun 28 Hình 11 Điều chỉnh lượng phun 29 Hình 12 ECU điều khiển phun ngắt quãng 29 Hình 13 ECU điều khiển phun trước 30 Hình 14 ECU điều khiển tốc độ không tải 30 Hình 17 Viết code cho arduino Error! Bookmark not defined Hình 18 Lưu file liệu code để nhập vào arduino Error! Bookmark not defined Hình 19 Chọn Arduino phù hợp Error! Bookmark not defined Hình 20 Nhập code cho Arduino 42 Hình 21 Mơ mạch điện 43 Hình Tổng quan EDU 31 Hình Hoạt động EDU 32 Hình Sơ đồ khối VDK 8051 34 Hình Sơ đồ chân 8051 35 Hình Chọn arduino thư viện 37 Hình Chọn cảm biến ánh sáng 38 Hình Viết code cho arduino 41 MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Trong năm gần đây, công nghiệp ô tơ có thay đổi lớn Đặc biệt hệ thống điện điện tử ô tô có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độc hại khí thải, tăng tính an tồn tiện nghi tơ Sau học xong học phần lý thuyết ô tô để hiểu rõ môn học, củng cố kiến thức nhóm bắt tay vào làm tập lớn mơn hệ thống điện – điện tử ô tô Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động mô lại hệ thống phun dầu điện tử ô tơ Nhóm thực tập lớn “Thiết kế mơ hệ thống phun dầu điện tử xe ô tô” theo hướng dẫn thầy Lê Đức Hiếu Hi vọng qua nghiên cứu, tìm hiểu giới thiệu đến quý thầy cô bạn tài liệu thuyết minh với kiến thức tích lũy thực tế hệ thống Do thời gian, điều kiện nghiên cứu, trình độ cịn nhiều hạn chế nhóm tập lớn chúng chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhập giúp đỡ, góp ý quý thầy cô bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn! Mục tiêu đề tài  Trau dồi kiến thức môn Vi điều khiển ứng dụng ô tô rèn luyện kỹ cần thiết trình làm  Tìm hiểu sử dụng phần mềm protesus arduino việc mô mạch  Hệ thống phun dầu điện tử EFI Chương Tổng quan hệ thống phun dầu điện tử xe ô tô 1.1 Lịch sử đời: Động Diesel phát triển vào năm 1897 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên lý Tự cháy Ở gần cuối trình nén, nhiên liệu phun vào buồng cháy động để hình thành hịa khí tự bốc cháy Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp (Bơm phun Bosch lắp cho động diesel ôtô thương mại ôtô khách vào năm 1936) Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng cải tiến, với giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà động Diesel đề nhiều biện pháp khác kỹ thuật phun tổ chức q trình cháy nhằm giới hạn chất nhiễm Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải vấn đề:  Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng tăng tốc hịa trộn nhiên liệu- khơng khí  Tăng áp suất phun, đặc biệt động phun trực tiếp  Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh trình phun để làm giảm HC Biện pháp hồi lưu phận khí xả (ERG: Exhaust Gas Recirculation) Hiện nay, nhược điểm HTNL Diesel khắc phục cải tiến phận như: Bơm cao áp, vịi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, ứng dụng điều khiển tự động nhờ phát triển công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vào thị trường việc điều khiển điện tử cho động diesel ) Đó HTNL Common Rail Diesel 1.2 Giới thiệu hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel: Trong động Diesel đại, áp suất phun thực cho vòi phun cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao chứa hộp chứa (Rail) hay gọi “Ắc quy thủy lực” phân phối đến vòi phun theo u cầu Lợi ích vịi phun Common Rail làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu phun áp suất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời điểm phun Do làm hiệu suất động tính kinh tế nhiên liệu cao So với hệ thống cũ dẫn động cam, hệ thống Common Rail Diesel linh hoạt việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động diesel như: Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách, tải nhẹ, tải nặng, xe lửa tàu thủy) Áp suất phun đạt đến 1500 bar Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động động Có thể thay đổi thời điểm phun Phun chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun phun kết thúc 2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống Common Rail Diesel: Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống Common Rail Diesel Nhiên liệu bơm cung cấp đẩy từ thùng nhiên liệu đường ống thấp áp qua bầu lọc (3) đến Bơm cao áp (2) Từ nhiên liệu bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (7) (ắc quy thủy lực) đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xy lanh động Việc tạo áp suất phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với hệ thống Common Rail Áp suất phun tạo độc lập với tốc độ lượng nhiên liệu phun Nhiên liệu trữ với áp suất cao ắc quy thủy lực Lượng phun định điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun áp suất phun tính tốn ECU dựa biểu đồ liệu lưu Sau ECU EDU điều khiển kim phun vòi phun xy lanh động để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ cảm biến (10) với áp suất phun đến 1500bar Nhiên liệu thừa vòi phun qua ắc quy thủy lực trở bơm cao áp, van điều khiển áp suất bơm mở để trở thùng nhiên liệu (1) 10 Dựa tín hiệu từ cảm biến, ECU tính tốc độ mong muốn phù hợp với tình trạng lái xe Sau đó, ECU so sánh gía trị mong muốn với tín hiệu (tốc độ động cơ) từ cảm biến tốc độ động điều khiển chấp hành (SPV/ vòi phun) để điều khiển lượng phun nhằm điều chỉnh tốc độ không tải ECU thực điều khiển chạy không tải (để cải thiện hoạt động làm ấm động cơ) trình chạy không tải nhanh động lạnh, q trình hoạt động điều hồ nhiệt độ/ gia nhiệt Ngoài ra, để ngăn ngừa giao động tốc độ không tải sinh giảm tải động công tắc A/C tắt, lượng phun tự động điều chỉnh trước tốc độ động dao động EDU (Electronic Driver Unit) EDU thiết bị phát điện cao áp Được lắp ECU chấp hành, EDU khuếch đại điện áp ắc quy sở tín hiệu từ ECU kích hoạt SPV kiểu tác động trực tiếp hệ thống kiểu EFIdiesel có ống phân phối Hình Tổng quan EDU Hoạt động EDU: - ECU → (Tín hiệu) → mạch điều khiển EDU 31 - Mạch điều khiển EDU → (tín hiệu) → mạch tạo cao áp (khuếch đại) - Mạch tạo cao áp (khuếch đại) → (Điện áp cao) → SPV → EDU → Tiếp mát - SPV → (tín hiệu kiểm tra) → ECU Hình Hoạt động EDU A Mạch tạo điện áp cao B Mạch điều khiển 32 Chương Vi điều khiển thay 8051 1.1 Giới thiệu vi điều khiển 8051 Vào năm 1981 hãng Intel giới thiệu vi điều khiển gọi 8051 Bộ vi điều khiển có 128byte RAM, 4K byte ROM chip, hai định thời, cổng nối tiếp cổng (độ rộng bit) vào – tất đặt chip 8051 xử lý bit có nghĩa CPU làm việc với bit liệu thời điểm Dữ liệu lớn bit chia thành dự liệu bit để xử lý 8051 trở lên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến thể 8051 Điều dẫn đến đời nhiều phiên 8051 với tốc độ khác dung lượng ROM chip khác Mặc dù có nhiều biến thể khác 8051 tốc độ dung lượng nhớ ROM chip, tất chúng tương thích với 8051 ban đầu lệnh Điều có nghĩa viết chương trình cho phiên 8051 chạy với phiên khác mà khơng phân biệt sản xuất từ hãng 1.2 Kiến trúc phần cứng VDK 8051 1.2.1 Sơ đồ khối 8051 Kiến trúc bên 8051 bao gồm khối chức sau: - CPU (Central Processing Unit): đơn vị điều khiển trung tâm - Bộ nhớ chương trình ROM bao gồm Kbyte - Bộ nhớ liệu RAM bao gồm 128 byte - Bốn cổng xuất nhập 33 - Hai định thời/bộ đếm 16 bit thực chức định thời đếm kiện - Bộ giao diện nối tiếp (cổng nối tiếp) - Khối điều khiển ngắt với hai nguồn ngắt ngồi - Bộ chia tần số Hình Sơ đồ khối VDK 8051 1.2.2 Sơ đồ chân chức chân vi điều khiển 8051  Chân đến 8: gọi Cổng (Port 1), Tám chân có chức xuất nhập Cổng xuất nhập theo bit byte Ta đánh tên cho chân Port P1.X (X = đến 7)  Chân 9: chân vào reset 8051 Khi tín hiệu đưa lên mức cao chu kỳ máy, ghi vi điều khiển tải giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Hay nói cách khác vi điều khiển bị reset chân kích hoạt mức cao  * Chân 10 đến 17: gọi Cổng (Port 3) Tám chân chức xuất nhập chân cổng (chân đến 8) chân cịn có chức riêng nữa, cụ thể sau: 34 Hình Sơ đồ chân 8051  Chân 18 19 (XTAL1 & XTAL2) Hai chân sử dụng để nối với dao động ngồi (Thơng thường dao động thạch anh nối tới chân đầu vào XTAL1 (chân 19) XTAL2 (chân 18) với hai tụ gốm giá trị khoảng 30pF Một phía tụ điện nối xuống đất hình Các hệ thống xây dựng 8051 thường có tần số thạch anh từ 10 đến 40 MHz, thông thường ta dùng thạch anh 12 Mhz)  Chân 20: nối vào chân 0V nguồn cấp  Chân 21 đến chân 28: gọi cổng (Port 2) Tám chân cổng có cơng dụng, chức cổng xuất nhập cổng cổng cịn byte cao bus địa sử dụng nhớ  * Chân 29 (PSEN): Chân PSEN chân điều khiển đọc chương trình nhớ ngồi, nối với chân OE ROM phép đọc byte mã lệnh ROM PSEN mức thấp thời gian đọc mã 35     lệnh Khi thực chương trình ROM nội PSEN trì mức cao * Chân 30 (ALE): Chân ALE cho phép tách đường liệu đường địa Port Port * Chân 31 (EA): Tín hiệu chân EA cho phép chọn nhớ chương trình nhớ hay vi điều khiển Nếu chân EA nối mức cao (nối nguồn Vcc), vi điều khiển thi hành chương trình ROM nội Nếu chân EA mức thấp (được nối GND) vi điều khiển thi hành chương trình từ nhớ ngồi * Chân 32 đến 39: gọi cổng (Port 0) Cổng gồm chân có cơng dụng, ngồi chức xuất nhập, cổng cịn bus đa hợp liệu địa chỉ, chức sử dụng 8051 giao tiếp với biết bị ngồi có kiến trúc Bus vi mạch nhớ Vì cổng P0 máng mở khác so với cổng P1, P2 P3 nên chân cổng phải nối với điện trở kéo sử dụng chân chân vào/ra Điện trở tùy thuộc vào đặc tính ngõ vào thành phần ghép nối với chân port Thường ta dùng điện trở kéo khoảng 4K7 đến 10K * Chân 40: chân nguồn vi điều khiển, nối vào chân Vcc nguồn 36 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ 1.1 Mô phần mềm Proteus Sau nhận đề tài thực tập lớn với hướng dẫn thầy nhóm em sử dụng phần mềm proteus để thực mô Bước 1: Lựa chọn linh kiện để mô Trước mô thực lựa chọn linh kiện phù hợp thư viện Proteus Hình Chọn AT89C52 thư viện 37 Ta bấm biểu tượng P DEVICE để vào thư Proteus sau để tìm kiếm linh kiện ta chọn mục “Keyword” đánh tên linh kiện muốn sử dụng để thực lắp mạch Gọi linh kiện cần sử dụng: Bắt đầu mơ vẽ mạch: Hình xây dựng cảm biến nhiệt độ 38 Hình Xây dựng cảm biến tốc độ Xây dựng cảm biến nhiệt độ: 39 Xây dựng cảm biến tốc độ: “Động cơ, Trúc khuỷu, Máy khởi động” Xây dưng cảm biến vị trí bàn đạp ga: 40 Vẽ mành hình hiển thị Bước 2: Thực viết code Ta mở phần mềm Code vison sau thực viết code Hình Viết code cho AT89C52 41 Bước 3: Nhập code cho mạch mơ Sau hồn thành việc viết code cho mạch ta trở lại phần mềm Proteus để thực nhập code chạy mơ Hình 15 Nhập code cho VDK Ta nháy đúp vào Arduino mạch hình xuất cửa sổ “Edit Component” Bảng giúp ta chỉnh sửa số liệu tần số “Clock Frequence”, Kích thước liệu vào “Boot loader size”, liệu code “Program file”… Ở ta chọn vào “Program File” để chọn file code ta vừa viết nhập vào AT89C51 42 Hình 16 Mơ mạch điện Tiếp theo hoàn thành việc nhạp code cho mạch ta bấm nút Play góc cuối bên trái để thực mơ kiểm tra mạch hoạt động hay cịn lỗi qua khắc phục Mơ tả q trình: Cảm biến nhiệt độ đo lượng nhiệt độ nhiên liệu nước làm mát, sau báo VDK, hiển thị hình LCD Cảm biến đo tốc độ động vị trí trục khuỷu máy khởi động, sau gửi tín hiệu VDK sau VDK gửi tín hiệu đến EDU để điều khiển phun nhiên liệu Kết thảo luận 43 Từ lúc bắt đầu chọn, đăng kí đề tài đến lúc hồn thành tập lớn thầy kí duyệt nhóm em tiếp thu nhiều kiến thức phần mềm khả làm việc nhóm Nhóm em phân tích hệ thống đưa nguyên lí hoạt động hệ thống Sau chọn đề tài nhóm trưởng phân cơng cơng việc cho thành viên nhóm Khơng xếp buổi gặp mặt để họp tổng kết công việc mà người giao hồn thành Từ thành viên bàn luận, nhận xét đưa góp ý, nhằm hoàn thiện tập lớn cách nhanh chóng hồn thiện Những thành viên làm xong phần cơng việc mình, chủ động giúp đỡ thành viên cịn lại Sau hồn thành tập lớn nhóm lại tập trung thảo luận hệ thống, nguyên lí hoạt động hệ thống trình bày cho nhóm biết, hiểu phần cơng việc mà bàn giao 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1 Đỗ Duy Phú, Giáo trình vi xử lý, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2015 [2] Giáo trình lý thuyết động đốt trong, Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, Lê Văn Anh [3] Trang web: tailieu.vn https://text.123docz.net/document/1869071-hethong-phun-dau-dien-tu.htm https://oto-hui.com/threads/tai-lieu-dao-tao-he-thong-phun-dau-commonrail.65564/ https://tailieuxanh.com/vn/p1_H%E1%BB%87-th%E1%BB%91ng-phund%E1%BA%A7u-%C4%91i%E1%BB%87n-t%E1%BB%AD.html 45 ... rõ môn học, củng cố kiến thức nhóm bắt tay vào làm tập lớn môn hệ thống điện – điện tử ô tô Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động mô lại hệ thống phun dầu điện tử ô tô Nhóm thực tập lớn “Thiết kế mô hệ. .. môn Vi điều khiển ứng dụng ô tô rèn luyện kỹ cần thiết trình làm  Tìm hiểu sử dụng phần mềm protesus arduino việc mô mạch  Hệ thống phun dầu điện tử EFI Chương Tổng quan hệ thống phun dầu điện. .. MƠ PHỎNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ 1.1 Mô phần mềm Proteus Sau nhận đề tài thực tập lớn với hướng dẫn thầy nhóm em sử dụng phần mềm proteus để thực mô Bước 1: Lựa chọn linh kiện để mô